Dans un collisionneur de protons comme le LHC (Large Hadron Collider), plusieurs particules peuvent être produites ensemble lors d'une collision. Quand le boson de Higgs est produit avec une paire de quarks top et antitop, le couplage entre le boson de Higgs et le quark top entre en jeu. Le quark top étant la particule élémentaire la plus massive, son couplage avec le boson de Higgs est le plus grand.
Les physiciens désirent comparer l'intensité de ce couplage observé avec celle prévue par le modèle standard de la physique des particules car un désaccord signerait une physique inconnue ou « nouvelle ». Pour cela, ils étudient une voie de désintégration « en or » du boson de Higgs : la désintégration en deux photons. Ce canal est très rare (probabilité inférieure à 0,3%) mais il bénéficie de la remarquable précision de la mesure de l'énergie des photons (1%) par le détecteur de photons et d'électrons de CMS (le « calorimètre électromagnétique »), mesure qui permet d'estimer la masse du boson de Higgs. Le groupe CMS de l'Irfu a joué un rôle central dans la construction du calorimètre électromagnétique de CMS et il est fortement impliqué dans sa calibration.
Les scientifiques ont exploité les collisions proton-proton à 13 TeV (1012 électronvolts) enregistrées entre 2016 et 2018 et, grâce à des méthodes d'analyse affinées, utilisant l'apprentissage automatique (machine-learning), ainsi qu'à l'échantillon accru de données, ils ont pu accéder à ces modes de production et de désintégration rares du boson de Higgs avec une précision inégalée. Le rapport des sections efficaces mesurée et prédite par le modèle vaut 1,38 +0,36-0,29.
Les propriétés de ce couplage sont aussi étudiées et aucun indice de violation de symétrie CP (charge, parité) n'est observé.
Cette étude approfondit la compréhension du boson de Higgs et renforce une fois de plus la robustesse du modèle standard. Les incertitudes statistiques sont cependant encore importantes et ces mesures pourront être encore affinées avec davantage de données.