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LHC detecta o tão esperado decaimento do bóson de Higgs

LHC detecta o longamente esperado decaimento do bóson de Higgs
Não foi fácil encontrar o decaimento do bóson de Higgs no meio das colisões. [Imagem: Cern]

Decaimento do bóson de Higgs

Físicos do LHC conseguiram finalmente observar um comportamento esperado - mas muito difícil de detectar - do famoso bóson de Higgs, a "partícula" - ou campo - que dá massa a todas as demais, e que foi verificada experimentalmente pela primeira vez no mesmo LHC, em 2012.

O Modelo Padrão da física de partículas prevê que cerca de 60% das vezes um bóson de Higgs decairá para um par de quarks bottom, o segundo mais pesado dos seis sabores de quarks: para cima, para baixo, estranho, charme, fundo e topo (ou up, down, strange, charm, bottom e top).

Testar esta previsão é crucial porque o resultado poderia dar suporte ao Modelo Padrão - que é elaborado sobre a ideia de que o campo de Higgs dota os quarks e outras partículas fundamentais com massa - ou balançar suas fundações e apontar para novas físicas.

Feliz ou infelizmente, o decaimento está lá, como previsto. Ou seja, as "novas físicas" ainda não apareceram.

Mar de partículas

Observar o decaimento do bóson de Higgs parece ter sido até mais difícil do que encontrá-lo pela primeira vez, como demonstrou o período de seis anos desde a descoberta do bóson.

A razão para a dificuldade é que existem muitas outras maneiras de produzir quarks bottom em colisões próton-próton, como as feitas no LHC. Isso torna difícil isolar o sinal de decaimento do bóson de Higgs do ruído de fundo associado a esses outros processos. Em contraste, os canais menos comuns de decaimento do bóson de Higgs que foram observados no momento da descoberta da partícula, como o decaimento para um par de fótons, são muito mais fáceis de extrair do plano de fundo.

Para extrair o sinal, os detectores ATLAS e CMS combinaram dados da primeira e da segunda rodadas do LHC, que envolveram colisões em energias de 7, 8 e 13 TeV. Os físicos então aplicaram métodos de análise complexos aos dados para extrair o que estavam procurando com um nível de certeza que garante a descrição dos eventos com uma precisão estatisticamente válida.

No futuro, com mais dados, as colaborações melhorarão a precisão dessas e de outras medições e sondarão o decaimento do bóson de Higgs em um par de férmions muito menos massivos, chamados múons, sempre observando desvios nos dados que poderiam apontar para qualquer física além do Modelo Padrão.

"Os experimentos continuam a se concentrar na partícula de Higgs, que frequentemente é considerada um portal para uma nova física. Essas conquistas também destacam nossos planos de atualizar o LHC para aumentar substancialmente as estatísticas. Agora se demonstrou que os métodos de análise têm a precisão necessária para a exploração de todo o cenário da física, incluindo, esperamos, novas físicas que até agora se escondem de maneira tão sutil," disse Eckhard Elsen, diretor de pesquisa e computação do CERN.

Bibliografia:

Observation of H-bb- decays and VH production with the ATLAS detector
ATLAS Collaboration
arXiv
https://arxiv.org/abs/1808.08238

Observation of Higgs boson decay to bottom quarks
CMS Collaboration
arXiv
https://arxiv.org/abs/1808.08242




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