ATLAS observa el bosón de Higgs en el canal ttH usando 79.8 /fb de colisiones a 13 TeV

Dibujo20180604 higgs tth channel diphoton mass observation atlas lhc cern arxiv 1806 00425

El LHC del CERN es una fábrica de quarks top (t). Tras el descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC Run 1, uno de los objetivos del LHC Run 2 es su observación en el canal ttH, la producción de un Higgs por la colisión de una pareja top-antitop, acompañada de la observación de otra pareja top-antitop (gg → tttt → tHt). Tras analizar 79.8 /fb de colisiones a 13 TeV c.m., ATLAS observa a 5.8 sigmas el Higgs en el canal ttH; solo en el canal difotónico para el Higgs se alcanzan 4.1 sigmas. Combinando el resultado con las colisiones del LHC Run 1 se alcanzan 6.3 sigmas. Como CMS ya observó a 5.2 sigmas el Higgs en el canal ttH tras analizar unas 60 /fb de colisiones a 7, 8 y 13 TeV [LCMF, 09 Abr 2018], ya podemos afirmar que el LHC ha redescubierto el Higgs en este canal.

El artículo es ATLAS Collaboration, “Observation of Higgs boson production in association with a top quark pair at the LHC with the ATLAS detector,” arXiv:1806.00425 [hep-ex]. ATLAS también acaba de publicar las nuevas medidas de las propiedades del Higgs usando 36.1 /fb de colisiones a 13 TeV, en concreto, ATLAS Collaboration, “Measurement of the Higgs boson mass in the H→ZZ∗→4ℓ and H→γγ channels with √s=13 TeV pp collisions using the ATLAS detector,” arXiv:1806.00242 [hep-ex].

[PS 05 Jun 2018] Recomiendo leer “Un estudio desvela la relación del bosón de Higgs con la partícula más pesada,” RUVID, 04 Jun 2018. [/PS]

[PS 06 Jun 2018] Por cierto, el artículo de CMS que usa 60.7 /fb de colisiones se ha publicado en PRL [LCMF, 09 Abr 2018],, CMS Collaboration, “Observation of ttH Production,” Phys. Rev. Lett. 120: 231801 (04 Jun 2018), doi: 10.1103/PhysRevLett.120.231801, arXiv:1804.02610. Un resumen divulgativo en Matthew Reece, “Viewpoint: Sizing Up the Top Quark’s Interaction with the Higgs,” APS Physics 11: 56 (04 Jun 2018), link. También recomiendo “Higgs boson reaches the top,” CERN Courier, 01 Jun 2018. [/PS]

Dibujo20180604 atlas tth digamma candidate event atlas lhc cern org

Suceso candidato a ttH (H→γγ, t→bqq) con dos fotones en los calorímetros electromagnéticos (con m(γγ)=125.4 GeV/c²) y 6 chorros hadrónicos en los calorímetros hadrónicos, observado el 01 de julio de 2016 en el detector ATLAS.

ttH_event_display

Suceso candidato a pp → ttH observado en el detector CMS. El Higgs se desintegra en un pareja tau-antitau (H→ττ), el top en tres chorros hadrónicos (t→bW→bqq) y el antitop en un canal semileptónico, con un chorro hadrónico y un muón (t→bW→bμν); nótese que el neutrino no se observa de forma directa (aunque sí de forma indirecta mediante cierta energía que falta en la desintegración).

Dibujo20180604 measured total ttH production cross sections atlas lhc cern arxiv 1806 00425

El canal ttH es clave para estudiar el acoplamiento de Yukawa entre el Higgs y el quark top. En este canal la colisión protón-protón conduce a una colisión entre dos gluones, en la que se producen sendas parejas top-antitop; el top y antitop más cercanos colisionan y producen un bosón de Higgs; por supuesto, se observan en los detectores los diferentes productos de desintegran del Higgs, el top y el antitop que no han colisionado entre sí. La señal más clara para el Higgs se observa en los canales de desintegración en dos fotones y en cuatro leptones; la señal más clara para los top se observa en los canales semileptónicos en los que un chorro hadrónico (b) va acompañado de un leptón.

Dibujo20180604 Combined ttH production cross section higgs atlas lhc cern arxiv 1806 00425

La medida de la sección eficaz de la producción de un Higgs en el canal ttH a 13 TeV conduce a 670 ± 90 (stat.) +110 −100 (syst.) fb, en buen acuerdo con la predicción del modelo estándar. En esta figura se observa que el cociente entre el valor medido y el predicho es de 1.32 ± o.28; recuerda que CMS observó un valor 1.26 ± o.31. Futuras medidas tras analizar un mayor número de colisiones, junto con la combinación de los resultados de CMS y ATLAS, permitirá estimar el acoplamiento de Yukawa del quark top, así como estimar su masa, el factor que limita nuestro conocimiento sobre la (meta)estabilidad del modelo estándar.

Dibujo20180604 higgs boson mass measurements atlas lhc cern arxiv 1806 00242

Esta table resume los últimos resultados de ATLAS sobre la masa del Higgs con colisiones del LHC Run 2. En concreto, se combinan los canales de desintegración del Higgs a cuatro leptones (H→ZZ∗→4ℓ) y a dos fotones ( H→γγ); para el primero se estima una masa de 124.79 ± 0.37 GeV/c², y para el segundo de 124.93 ± 0.40 GeV/c². Combinando ambos resultados, junto a los resultados del LHC Run 1 (obtenidos con colisiones a 7 y 8 TeV) se obtiene una masa de 124.97 ± 0.24 GeV/c². Este valor debe ser comparado con la combinación de los datos de ATLAS y CMS con colisiones del LHC Run 1 que es 124.09 ± 0.24 GeV//c² (que es el valor usado en el análisis del canal ttH).

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Estupendo; hay que ir asentando cada pieza para que la ciencia se consolide y siga avanzando con firmeza. \o/

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