18 september 2021

ATLAS begint de charm te zien in het higgsverval

Het in 2012 ontdekte higgsdeeltje geeft in theorie materiedeeltjes hun massa, maar experimenteel is dat tot nog toe alleen bewezen voor de allerzwaarste quarks. Met een nieuwe analyse begint het ATLAS-experiment nu ook zicht te krijgen op de koppeling met een lichter quark, het charm-deeltje.

Voorbeeld van een protonbotsing in de ATLAS-detector waarbij een geproduceerd higgsdeeltje vervalt naar twee c-quarks die elk een jet (blauwe kegel) van deeltjes produceren. Rood zijn de sporen van twee muonen. Credit: ATLAS Collaboration.

Op de LHCP2021 conferentie wordt vandaag bekendgemaakt dat die koppeling niet meer dan 8,5 keer groter kan zijn dan de waarde die in het Standaardmodel voorspelt. “Dit is de eerste directe limiet voor higgs naar charm-quarks die met een experiment is gemeten”, zegt Nikhef-fysicus Tristan Du Pree. “In principe laten we zien dat er geen reusachtige afwijkingen van het Standaardmodel kunnen zijn. Die zouden we nu al gezien hebben.”

Du Pree ontwikkelde met zijn team de afgelopen jaren de techniek waarmee het verval van higgsdeeltjes naar twee charm-quarks wordt bekeken in botsingen van protonen in de LHC-versneller op CERN. Nikhef is de Nederlandse partner in het ATLAS-project.

Onlangs ging bij Du Pree’s analyseteam de champagne open bij de eerste vergelijking van de metingen met de voorspellingen, toen bleek dat de analyses goed werken en een rechtstreekse schatting van de higgskoppeling mogelijk was. Nu wordt het resultaat ook openbaar, via de grootste conferentie voor LHC-fysica LHCP2021.

Sleutel bij het begrijpen van het higgsboson en zijn rol in het Standaardmodel is zijn interactie met materiedeeltjes. Quarks en leptonen bestaan er in drie generaties. Alleen van de zwaarste derde generatie materiedeeltjes (tau-lepton en de top- en bottomquarks) is tot nog toe de invloed van het higgsdeeltje echt gemeten.

Grafiek met de resultaten van de metingen met ATLAS. Credit: ATLAS Collaboration.

In theorie gaat de greep van de higgs op materiedeeltjes netjes gelijk op met hun massa. Maar het zou ook anders kunnen uitpakken. De enige manier om uit te vinden wat de natuur doet is via het bestuderen van deeltjesbotsingen waarbij higgsdeeltjes ontstaan, die daarna snel uit elkaar vallen.

In het nieuwe onderzoek is voor het eerst rechtstreeks gekeken naar de invloed van de higgs op de tweede generatie materiedeeltjes, in het bijzonder het charm-quark. De theorie voorspelt hoe vaak een higgsdeeltje uiteenvalt in twee charm-quarks, die zogeheten jets van energie en deeltjes produceren.

In de experimenten is dat verval naar charm-quarks niet gezien. Dat wil niet zeggen dat het verval er niet is, maar dat er een limiet is aan hoe vaak dat verval optreedt. Daarmee is een schatting te maken van de maximale koppeling van het higgsdeeltje naar charm-quarks.

Die blijkt met de huidige foutenmarge zeker honderdmaal kleiner dan de koppeling van het higgsboson met het zwaarste quark, het top-quark. Dit is in lijn met de theorie van het higgsmechanisme.

Tegelijk konden Du Pree en zijn team laten zien dat de metingen wel voor het eerst het voorspelde ontstaan van zulke W- en Z-bosonen laten zien. Dat is een goede controle op de analyses. “W en Z kennen we al uit de vorige eeuw. Maar de meting laat zien dat onze techniek ook bij de LHC-protonenbotser uitstekend werkt”, zegt promovendus Marko Stamenkovic van Nikhef in een Nikhef PAPERCLIP-video. Hij promoveert later dit jaar op de nieuwe analyses. Bron: Nikhef.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.