Prédit dès 1964 et observé au LHC en 2012, le boson de Higgs est la dernière particule du Modèle Standard à avoir été découverte. Il y a six ans, les physiciens l’ont détecté à travers l’un de ses processus de désintégration statistiquement rare — la désintégration en photons, qui ne se produit que dans 9% des cas. Mais récemment, les scientifiques ont réussi à observer à nouveau le boson de Higgs à travers, cette fois-ci, son canal de désintégration le plus courant.

En analysant les données du grand collisionneur de particules, les physiciens ont mis en évidence la désintégration du boson de Higgs en quarks bottom et antibottom. Le Modèle Standard prédit une désintégration du boson de Higgs en quarks bottom dans 60% des cas. Cela fait plusieurs années que les chercheurs tentent d’observer ce canal de désintégration car cela permettrait de confirmer le Modèle Standard ou, dans le cas contraire, d’en montrer les limites.

Cependant, ce processus est extrêmement difficile à détecter. Le boson de Higgs est produit lors de la collision de deux protons accélérés à des vitesses relativistes. La durée de vie de ceux-ci est d’environ 10 billionième de nanoseconde, avant qu’ils ne se désintègrent en particules moins massives ; c’est à partir de ces produits de désintégration que les physiciens peuvent remontrer la piste énergétique jusqu’au boson.

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Il existe plusieurs canaux de désintégration, parmi lesquels la production de paires fermion-antifermion, photon-photon et autres bosons de jauge. Le problème se complique lorsque le mécanisme implique des quarks bottom, car chaque collision proton-proton entraîne la production de quarks bottom, qui se désintègrent rapidement en d’autres particules.

À cause de la durée de vie très brève du boson de Higgs, il était jusqu’à maintenant très difficile de savoir si les quarks bottom observés provenaient de la désintégration de celui-ci ou bien simplement de la collision proton-proton.

canaux desintegration boson higgs

Récapitulatif des différents canaux de désintégration du boson de Higgs. Crédits : particlesadventure

Afin de remonter jusqu’au boson de Higgs, les physiciens des collaborations ATLAS et CMS ont combiné et analysé les données du premier et du second run du LHC concernant les canaux de désintégration impliquant des quarks bottom.

« Trouver un événement ressemblant à deux quarks bottom provenant d’un boson de Higgs n’est pas suffisant » explique Chris Palmer, physicien à l’université de Princeton. « Nous devons étudier des centaines de milliers de processus de désintégration avant de mettre en lumière le bon, celui-ci étant noyé parmi des événements similaires ».

Cependant, certaines particules connues pour être impliquées dans la désintégration du boson de Higgs ont aidé les chercheurs à circonscrire leurs analyses. « Nous avons utilisé ces particules pour marquer les événements potentiellement reliés au boson de Higgs et les séparer de tous les autres processus » indique Palmer. « Donc nous avons fait d’une pierre deux coups avec cette étude, car non seulement nous avons observé la désintégration du boson de Higgs en quarks bottom, mais en plus nous en avons appris plus concernant ses mécanismes de production ».

Dans cette vidéo, Chris Palmer présente la désintégration du boson de Higgs en quarks bottom (sous-titres disponibles) :

Les chercheurs ont ensuite estimé expérimentalement son taux de désintégration en quarks bottom, et celui-ci est en accord avec les prédictions du Modèle Standard. La prochaine étape pour les physiciens sera l’étude de cette désintégration avec une meilleure résolution, afin de poser des contraintes numériques plus précises. Ces résultats permettront de mieux comprendre la dynamique du boson de Higgs et ses propriétés d’interaction avec la matière.

Sources : CMS, ATLAS

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