ATLAS fixe de nouvelles limites à l’auto-interaction du boson de Higgs

L’une des importantes questions de la physique des particules reste la manière dont le boson de Higgs interagit avec lui-même. Ce phénomène d’« autocouplage » joue un rôle dans l’évolution de l’Univers primordial et dans le mécanisme qui confère une masse aux particules élémentaires. Pour tenter de faire la lumière sur cette interaction fondamentale, la collaboration ATLAS a récemment étudié l’un des canaux de désintégration privilégiés d’une paire de bosons de Higgs, où l’un des bosons se désintègre en deux photons et l’autre en une paire de quarks b.

En combinant l’ensemble des données de la deuxième période d’exploitation du LHC (2015-2018) et une partie des données de la troisième période d’exploitation (2022-2024), l’équipe d’ATLAS a amélioré de manière significative la puissance statistique de l’analyse de ce canal de désintégration. Le résultat, qui vient d’être publié dans la revue Physics Letters B, est la première mesure d’ATLAS basée sur plus de 300 femtobarns inverses (fb⁻¹) de données issues de collisions proton-proton – un femtobarn inverse correspondant à environ 100 000 milliards de collisions.

Il est particulièrement difficile d’étudier ce canal de désintégration en raison de la rareté extrême de la production de paires de bosons de Higgs – ce phénomène, selon la théorie, se produit une fois tous les mille milliards de collisions – et de l’important bruit de fond généré par les processus du Modèle standard qui imitent ce mode de désintégration. Pour surmonter ces difficultés, les physiciens d’ATLAS ont utilisé des techniques d’analyse de données poussées, telles que l’apprentissage automatique, afin de distinguer le signal de la désintégration du bruit de fond.

Grâce à ces avancées et à l’ajout d’une partie des données de la troisième période d’exploitation, les chercheurs d’ATLAS ont fixé des limites plus strictes qu’ils ne l’avaient faitauparavant à la force du signal (le signal observé divisé par la prédiction du Modèle standard) et à deux paramètres d’intégration essentiels. Ces deux paramètres sont, d’une part, la magnitude de l’autocouplage du boson de Higgs divisée par la prédiction du Modèle standard, comprise entre −1,6 et 6,6, et d’autre part, la force d’interaction entre deux bosons de Higgs et deux bosons vecteurs (W ou Z) divisée par la prédiction du Modèle standard, comprise entre −0,5 et 2,6.

Les résultats obtenus soulignent la capacité croissante de la collaboration ATLAS d’étudier la production de paires de bosons de Higgs via ce canal de désintégration privilégié. Ils posent aussi les jalons des futures mesures de l’autocouplage du boson de Higgs, essentielles pour comprendre l’évolution de l’Univers après le Big Bang. L’intégralité des données de la troisième période d’exploitation étant bientôt disponible et l’ère du LHC à haute luminosité approchant, l’expérience ATLAS est bien placée pour pousser encore plus loin ces travaux, qui permettront d’affiner encore notre compréhension du boson de Higgs et d’explorer de possibles signes d’une physique au-delà du Modèle standard.

Pour en savoir plus, voir le site web de l’expérience ATLAS (en anglais).