Trouver le boson de Higgs, c’était déjà difficile. Les équipes des expériences auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) traquent désormais un objet encore plus insaisissable: des paires de bosons de Higgs. Lors de la Conférence internationale sur la physique des hautes énergies (ICHEP 2026), les collaborations ATLAS et CMS ont présenté de nouvelles limites concernant le taux de production de paires de bosons de Higgs, donnant des indications sur la manière dont le boson de Higgs interagit avec lui-même.

La découverte du boson de Higgs en 2012 au LHC a ouvert une nouvelle ère pour la physique des particules. Depuis, les scientifiques du LHC ont étudié et mesuré la manière dont le boson de Higgs interagit avec les autres particules, qui est le mécanisme par lequel ces particules acquièrent leur masse. 

Cependant, les physiciens n’ont pas encore observé l’interaction du boson de Higgs avec lui-même. Comprendre ce processus permettrait, non seulement de mettre à l’épreuve les limites du Modèle standard, la théorie qui actuellement fonctionne le mieux dans le domaine de la physique des particules, mais aussi d’en savoir plus sur la stabilité du vide de l’Univers.

La principale difficulté s’agissant des études sur la production de paires de bosons de Higgs est que ce processus est extrêmement rare. Le taux exact de production reste à déterminer, mais, d’après les prédictions du Modèle standard, pour environ 1500 bosons de Higgs produits dans les collisions au LHC, il ne devrait apparaître qu’une seule paire de bosons de Higgs.

Pour trouver cette production de paires de bosons de Higgs, les collaborations ATLAS et CMS recherchent des signaux indiquant la désintégration de ces paires en d’autres particules. Les deux collaborations ont étudié un canal de désintégration particulier, où les deux bosons de Higgs se désintègrent, l’un en un quark b et un antiquark b, et l’autre en une particule tau et son antiparticule. C’est l’un des meilleurs moyens d’étudier la production de paires de bosons de Higgs.

Les scientifiques travaillant auprès du LHC avaient déjà recherché la production de paires de bosons de Higgs à partir des données issues des précédentes périodes d’exploitation du LHC. En combinant ces données avec celles de la troisième période d’exploitation du LHC et en déployant des techniques innovantes d’apprentissage automatique pour leur analyse, les collaborations ATLAS et CMS sont parvenues à rechercher avec une sensibilité encore plus grande les paires de bosons de Higgs à partir de leur désintégration en deux quarks b et deux particules tau. Les scientifiques ont recensé plus d’événements qui peuvent être interprétés comme la production de ces paires, mais le nombre d’événements est encore insuffisant pour que l’on puisse parler d’observation. Ils ont toutefois pu fixer de nouvelles limites concernant le taux de production de cette paire de particules. 

La collaboration ATLAS observe un excédent par rapport à ce qui serait attendu en l’absence de production de paires de bosons de Higgs, à raison d’un écart-type de 2,6. En d’autres termes, les données semblent indiquer que des paires de bosons de Higgs sont produites, mais le signal n’est pas encore assez fort pour qu’une observation puisse être revendiquée. La collaboration CMS, quant à elle, a exclu les taux de production qui seraient plus de quatre fois supérieurs aux prédictions issues du Modèle standard. Les deux collaborations ont également fixé des limites pour le paramètre d’autocouplage du Higgs, qui détermine la force d’interaction entre un boson de Higgs et un autre boson de Higgs. 

Ces résultats sont prometteurs pour les analyses à venir qui combineront l’ensemble des données des deuxième et troisième périodes d’exploitation du LHC et tous les modes de désintégration ; ces analyses pourraient fournir des données intéressantes sur la production de paires de bosons de Higgs. À plus long terme, le LHC à haute luminosité augmentera le nombre de collisions, et les expériences pourront ainsi enregistrer environ six fois plus de données, ce qui devrait favoriser l’observation du phénomène.

Pour en savoir plus, voir les sites web d’ATLAS et de CMS (en anglais).