Funcionando desde 2009, o acelerador de partículas Grande Colisor de Hádrons (LHC) já realizou mais de 10 mil trilhões de colisões entre prótons, produzindo uma imensa quantidade de dados para os experimentos ALICE, ATLAS, CMS e LHCb. Em 2012, análises independentes realizadas pelas colaborações internacionais do ATLAS e do CMS confirmaram a detecção do bóson de Higgs, a manifestação quântica do campo de Higgs, responsável pela massa de todas as partículas com a qual interage via mecanismo de Brout-Englert-Higgs.
Até o momento, todas as propriedades observadas do bóson de Higgs parecem se comportar conforme o previsto pelo Modelo Padrão. Ainda resta confirmar, porém, se algumas delas não estariam sendo afetadas por fenômenos desconhecidos, tais como a existência de novas partículas e dimensões espaciais extras. Em uma análise publicada na revista Physical Review Letters, a colaboração ATLAS apresenta seus resultados pela busca por produção de pares de bósons de Higgs. Uma das colaboradoras brasileiras do ATLAS, a física da Universidade de São Paulo, Marisílvia Donadelli, fala sobre esse estudo do qual participa e as novidades que podemos esperar em breve.
Uma das propriedades do bóson Higgs que resta observar é a medida da capacidade da partícula de interagir consigo mesma, o chamado auto-acoplamento do Higgs. “Essa medida permite que acessemos de maneira independente a forma do potencial do campo de Higgs”, explica Donadelli. “Se encontrássemos quaisquer desvios em relação à previsão do Modelo Padrão, teríamos a indicação da presença de nova física.”
Como Donadelli explica no vídeo, um dos desafios da análise é que, pares de Higgs, segundo o Modelo Padrão, são produzidos via auto-acoplamento e também via loop de quarks top, através do mecanismo de fusão de glúons, o mais abundante no LHC. Todavia, esses dois processos interferem destrutivamente levando a uma probabilidade de detecção ou valor de seção de choque extremamente baixo.
A análise do ATLAS da qual Donadelli participa, procura por produção de pares de bósons de Higgs que resultaram em um estado final contendo um par de quarks bottom e outro de léptons tau. Os dados observados foram comparados com a previsão do Modelo Padrão e com a possibilidade de que partículas mais pesadas e desconhecidas pudessem interferir na produção de pares de bósons de Higgs. Um dos resultados da análise foi excluir a produção não-ressonante de pares de Higgs por um fator de 12,7 em relação à seção de choque esperada pelo Modelo Padrão. “Esse resultado é o mais restritivo de todo o LHC”, afirma Donadelli.
A pesquisadora também ressalta que a análise utilizou apenas os dados dos dois primeiros anos da segunda rodada de operações do LHC, iniciada em 2015 e concluída no fim de 2018. Ainda resta uma quantidade muito maior de dados a serem analisadas. Os resultados preliminares sugerem muitas novidades que a colaboração ATLAS espera divulgar publicamente em breve.
Artigo científico
M Aaboud et al. (ATLAS Collaboration)
Search for Resonant and Nonresonant Higgs Boson Pair Production in the bbtautau Decay Channel in pp Collisions at \sqrt{s} = 13 TeV with the ATLAS Detector
Phys. Rev. Lett. 121, 191801 – 7 de novembro 2018
ArXiv:1808.00336
Erratum
Phys. Rev. Lett. 122, 089901- 27 de fevereiro 2019
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