Trois ans après l’annonce de la découverte d’une nouvelle particule, le boson dit de Higgs, les collaborations ATLAS et CMS présentent pour la première fois des mesures combinées d’un grand nombre de ses propriétés, à l’occasion de la troisième conférence annuelle sur la physique auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHCP 2015).
En combinant leurs analyses des données recueillies en 2011 et 2012, ATLAS et CMS sont parvenues à obtenir l’image la plus nette à ce jour de ce nouveau boson. Les nouveaux résultats sont les plus précis qui soient notamment en ce qui concerne les modes de production et de désintégration de la particule et la manière dont celle-ci interagit avec d’autres particules. Toutes les propriétés mesurées concordent avec les prédictions du Modèle standard et constitueront une référence pour les nouvelles analyses qui seront effectuées dans les prochains mois, ouvrant la voie à la recherche de nouveaux phénomènes de physique. Ces résultats font suite à la meilleure mesure jamais obtenue de la masse du boson de Higgs, publiée en mai 2015 après combinaison des analyses des deux collaborations.
« Le boson de Higgs est un nouvel outil fantastique pour mettre à l’épreuve le Modèle standard de la physique des particules et pour étudier le mécanisme de Brout-Englert-Higgs, par lequel les particules élémentaires acquièrent leur masse, a déclaré Rolf Heuer, directeur général du CERN. Combiner les résultats de grandes expériences présente un grand intérêt pour obtenir la précision nécessaire à la prochaine avancée qui sera faite dans notre discipline. En effet, il aurait fallu au moins deux années supplémentaires pour parvenir au même résultat avec une seule expérience. »
Il existe différents moyens de produire un boson de Higgs, et différentes manières pour un boson de Higgs de se désintégrer en d’autres particules. Par exemple, d’après le Modèle standard, la théorie qui décrit le mieux les forces et les particules, lorsqu’un boson de Higgs est produit, il devrait, dans environ 58 % des cas, se désintégrer immédiatement en un quark b et un antiquark b. En combinant leurs résultats, ATLAS et CMS ont déterminé avec une précision inédite les taux des désintégrations les plus courantes.
Ces mesures de précision des taux de désintégration sont cruciales, dans la mesure où elles sont directement liées à la force de l’interaction de la particule de Higgs avec d’autres particules élémentaires, ainsi qu’à leur masse. Ainsi, pour déterminer la nature du boson découvert, il est essentiel d’en étudier les désintégrations. Tout écart observé dans les taux mesurés par rapport à ceux prédits par le Modèle standard remettrait en question le mécanisme de Brout-Englert-Higgs, et pourrait ouvrir la voie à une nouvelle physique au-delà du Modèle standard.
« Il s’agit là d’un grand pas en avant, tant pour la mécanique des combinaisons que pour la précision de nos mesures, a déclaré Dave Charlton, porte-parole d’ATLAS. Par exemple, les résultats combinés ont maintenant permis d’établir la désintégration du boson de Higgs en particules tau avec une signification statistique de plus de 5 sigmas, ce qui n’était pas possible avec les mesures de CMS ou d’ATLAS prises isolément. »
« Combiner les résultats de deux grandes expériences était un réel défi car cette analyse fait intervenir plus de 4 200 paramètres représentant des incertitudes systématiques, commente Tiziano Camporesi, porte-parole de CMS. Grâce à ce résultat et au flux de nouvelles données qui seront recueillies à la nouvelle énergie dans le LHC, nous sommes bien placés pour observer le boson de Higgs de tous les angles possibles ».
