Neue Ergebnisse der ATLAS- und CMS-Experimente am Large Hadron Collider (LHC) enthüllen, wie stark das Higgs-Boson mit dem schwersten bekannten Elementarteilchen interagiert, dem Top-Quark.
Das Higgs-Boson interagiert nur mit massereichen Teilchen, trotzdem wurde es ursprünglich bei seinem Zerfall in zwei masselose Photonen entdeckt. Die Quantenmechanik erlaubt dem Higgs-Boson, sich für eine sehr kurze Zeitspanne in ein Top-Quark und ein Top-Antiquark umzuwandeln, die sich auf der Stelle gegenseitig auslöschen und ein Photonenpaar emittieren.
Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass dieser Prozess stattfindet, hängt von der Stärke der Wechselwirkung zwischen dem Higgs-Boson und den Top-Quarks ab (Kopplung genannt). Die Messungen erlauben Forschern, den Wert der Higgs-Top-Quark-Kopplung indirekt abzuleiten. Eine direktere Manifestation der Higgs-Top-Quark-Kopplung ist die Emission eines Higgs-Bosons durch ein Paar aus Top-Quark und Top-Antiquark.
Die am 4. Juni 2018 im Rahmen der LHCP-Konferenz in Bologna (Italien) präsentierten Ergebnisse beschreiben die Beobachtung dieses sogenannten “ttH-Produktionsprozesses”. Die Ergebnisse der CMS Collaboration mit einer Signifikanz von erstmals über fünf Standardabweichungen (als Gold-Standard bezeichnet), wurden kürzlich im Journal Physical Review Letters veröffentlicht. Sie umfassen mehr Daten aus dem aktuellen LHC-Betriebslauf. Die ATLAS Collaboration reichte kürzlich neue Ergebnisse mit höherer Signifikanz zur Veröffentlichung ein. Die Ergebnisse der beiden Experimente stimmen miteinander überein und sind konsistent mit dem Standardmodell. Sie verraten Wissenschaftlern mehr über die Eigenschaften des Higgs-Bosons und geben Anhaltspunkte dafür, wo nach neuer Physik gesucht werden muss.
Die Messung des tth-Produktionsprozesses ist anspruchsvoll, weil er selten stattfindet: Nur ein Prozent der Higgs-Bosonen werden in Zusammenhang mit zwei Top-Quarks produziert und darüber hinaus zerfallen das Higgs-Boson und die Top-Quarks auf viele komplexe Arten in andere Teilchen. Unter Verwendung von Daten aus Proton-Proton-Kollisionen bei Energien von sieben, acht und 13 Teraelektronenvolt führten die ATLAS- und CMS-Teams mehrere unabhängige Suchen nach tth-Produktionsprozessen durch. Dabei zielte jede Suche auf andere Higgs-Zerfallsarten ab: in W-Bosonen, in Z-Bosonen, in Photonen, in τ-Leptonen und in Bottom-Quark-Jets. Um die Empfindlichkeit für das experimentell anspruchsvolle ttH-Signal zu maximieren, kombinierte jedes Experiment dann die Ergebnisse all seiner Suchen.
“Die hervorragende Leistungsfähigkeit des LHC und die verbesserten experimentellen Werkzeuge zur Durchführung dieser komplexen Analyse führten zu diesem schönen Ergebnis”, sagte Eckhard Elsen, der CERN Director for Research und Computing. “Es zeigt auch, dass wir mit unseren Plänen für den High-Luminosity-LHC und die physikalischen Ergebnisse, die er verspricht, auf dem richtigen Weg sind.”
(THK)
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