
Atlas passe sous le capot du mécanisme Higgs
Affichage d’un événement candidat pour la production de deux bosons W + via la diffusion du boson vectoriel, suivi de leur désintégration en deux muons et deux neutrinos de muon. Les muons sont représentés par les lignes rouges dans le détecteur intérieur et le spectromètre de muon, et les deux jets par les cônes jaunes. La direction de l’énergie transversale manquante associée aux deux neutrinos est indiquée par la ligne grise en pointillés. Crédit: Atlas / CERN
La détection de la production de bosons de W longitudinalement polarisée au niveau du grand collisionneur de hadrons est une étape importante vers la compréhension de la rupture de la symétrie électro-électrowe primordiale, ce qui donne naissance aux masses de particules élémentaires.
En 2012, la découverte du boson de Higgs par les collaborations Atlas et CMS au CERN a ouvert une nouvelle fenêtre sur le fonctionnement le plus intérieur de l’univers. Il a révélé l’existence d’un champ mystérieux et ancien avec lequel les particules élémentaires interagissent pour acquérir leurs masses très importantes.
Ce processus est régi par un mécanisme délicat appelé rupture de symétrie électro-fail, qui a été proposé pour la première fois en 1964 mais reste parmi les phénomènes les moins comprises du modèle standard de physique des particules. Pour sonder ce mécanisme critique dans l’évolution de l’univers, les physiciens ont besoin d’un très grand ensemble de données de collisions de particules à haute énergie.
La semaine dernière, lors de la conférence de Rencontres de Moriond, la collaboration de l’Atlas a rapproché les physiciens de la nature du mécanisme de révolution de la symétrie. En utilisant l’ensemble de données Collision Proton-Proton complet de LHC Run 2, qui a été collecté à une énergie de 13 TEV de 2015 à 2018, l’équipe a présenté la première preuve d’un processus clé impliquant le boson W – l’un des médiateurs de la force faible.
Le document est publié sur le arxiv serveur de préimprimée.
Dans le modèle standard de la physique des particules, les interactions électromagnétiques et faibles sont deux côtés d’une même pièce, unifiées que l’interaction électro-fowe. On pense que l’interaction Electroweak a prévalu au lendemain du Big Bang, lorsque l’univers était extrêmement chaud. Mais la symétrie entre les deux interactions a été brisée en quelque sorte, car les porteurs de la faible interaction, les bosons W et Z, sont massifs; tandis que le photon, qui intervient dans l’interaction électromagnétique, est sans masse.
La rupture de cette symétrie est réalisée dans le modèle standard à travers le mécanisme Brout-Englert-Higgs (BEH). La découverte du boson de Higgs a fourni la première confirmation expérimentale de ce mécanisme. L’étape suivante consiste à mesurer les propriétés de la nouvelle particule, en particulier à quel point elle interagit avec d’autres particules élémentaires. Ces mesures sont actuellement en cours, dans le but de confirmer que les masses de particules de matière élémentaire sont également le résultat de leur interaction avec le champ BEAL.
Mais le mécanisme du BEL fait également d’autres prédictions. Deux processus en particulier doivent être mesurés pour confirmer que le mécanisme est en effet comme le prédit le modèle standard: l’interaction entre les bosons w ou z longitudinalement polarisés et l’interaction du boson de Higgs avec lui-même.
Alors que les études sur l’auto-interaction de Higgs devraient être possibles au plus tôt avec le LHC à haute luminosité – pour commencer l’opération en 2030 – et nécessitera un futur collision pour être épinglé en détail, les premières études sur la diffusion des bosons de jauge polarisés longitudinalement devraient être possibles plus tôt.
Pour les particules, la polarisation fait référence à la manière dont leur spin est orienté dans l’espace. Les particules longitudinalement polarisées ont leur rotation perpendiculaire à la direction de leur élan, ce qui n’est possible que pour les particules qui ont une masse. L’existence de bosons w et z longitudinalement polarisés (WL et ZL) est une conséquence directe du mécanisme BEA
L’étude de cette interaction devrait permettre aux physiciens de discerner si la rupture de symétrie est réalisée via le mécanisme minimal de BEA ou si une nouvelle physique au-delà du modèle standard est impliquée. Le nouveau résultat de l’atlas offre un premier aperçu de ce processus insaisissable.
L’interaction WL – WL peut être sondée expérimentalement dans les collisions proton-proton en étudiant un processus appelé diffusion vectoriel-boson (VBS). Le processus VBS peut être visualisé comme un quark dans chacun des protons entrants émettant un boson W et ces deux bosons W interagissant les uns avec les autres, produisant une paire de bosons W ou Z. Les VB peuvent être identifiés en recherchant des collisions contenant les produits de désintégration des deux bosons avec les deux quarks qui ont participé à l’interaction, formant deux jets de particules allant dans des directions opposées.
La nouvelle analyse de l’atlas cible les collisions dans lesquelles les deux bosons W se décomposent dans un électron ou un muon et leurs neutrinos respectifs. Afin de supprimer les arrière-plans, principalement à partir de processus impliquant une production de paires de quarts de haut niveau, les deux leptons doivent être de la même charge électrique. La signature expérimentale est donc une paire de leptons de même charge (électron – électron, muon – muon ou électron – muon), deux “jets” de particules avec des directions opposées produites par les désintégrations des quarks et l’énergie manquante provenant des neutrinos indétectables.
Une fois que les candidats au processus VBS sont sélectionnés, la polarisation des bosons W doit être déterminée. Ceci est très difficile et ne peut être fait que via une analyse approfondie des corrélations entre les directions des électrons et des muons reconstruits et les propriétés d’autres particules produites dans l’interaction.
Des réseaux de neurones dédiés ont été formés pour faire la distinction entre la polarisation transversale et longitudinale et ont permis d’extraire le résultat final: des preuves avec la signification statistique de 3,3 sigma qu’au moins un des deux bosons W a été polarisé longitudinalement.
“Cette mesure est une étape importante dans les études de la valeur de la physique de base via des interactions boson polarisées dans les processus de diffusion vectorielle-boson”, explique Yusheng Wu, le groupe de groupe de modèles standard Atlas. “Il marque un chemin vers l’étude éventuelle de la diffusion des bosons polarisés longitudinalement à l’aide de données LHC Run-3 et HL-LHC.”
Plus d’informations:
Preuve de bosons W polarisés longitudinalement dans la production électro-fowe de paires de bosons w même signe en association avec deux jets dans les collisions PP à s√ = 13 tev avec le détecteur d’Atlas, arxiv (2025). Doi: 10.48550 / arxiv.2503.11317
Informations sur le journal:
arxiv
Citation: Atlas passe sous le capot du mécanisme de Higgs (2025, 14 avril) récupéré le 15 avril 2025 de
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