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Physique du boson de Higgs
La découverte d’un boson scalaire compatible avec le boson de Higgs (H) du Modèle Standard (MS) constitue un succès expérimental majeur. L’étude de ses propriétés est essentielle pour comprendre la brisure de la symétrie électrofaible et vérifier la réalisation du mécanisme de Brout-Englert-Higgs (BEH) dans la nature. L’équipe a apporté des contributions clés aux analyses de découverte du boson de Higgs en 2012 et exploite les données collectées par l’expérience ATLAS aux Runs 2 (2015-2018) et 3 (2022-en cours) du LHC pour réaliser des mesures de précision de ses propriétés afin de mieux comprendre le mécanisme BEH et les limites du MS.
Grâce à l’expérience du groupe en matière de performance des jets, d’étalonnage et d’identification des jets provenant des quarks b et des jets provenant de bosons se désintégrant de manière hadronique à haut impulsion transverse, pT (appelés boosted boson jets), nous sommes très bien placés pour exploiter nos compétences afin d’étudier des topologies comme la désintégration du boson de Higgs en quarks. En particulier, la désintégration du boson de Higgs en bb ̅, avec un rapport d’embranchement de 58%, est le canal sur lequel nous nous sommes concentrés.
En 2024 et 2025, l’équipe poursuit son implication dans l’étude de la production de paires de bosons de Higgs (HH), en particulier par fusion de bosons vecteurs (VBF). Ce processus rare, prévu par le MS, constitue un test fondamental de la théorie : il met en jeu les interactions HHH, VVH et VVHH (avec V=W,Z) et révèle une annulation subtile entre amplitudes impliquant des bosons vecteurs longitudinalement polarisés, signature directe de la structure en doublet du champ de Higgs postulée par le mécanisme BEH. L’équipe explore le canal HH → bb ̅ bb ̅, en exploitant les don-
nées Run 2 et Run 3 de l’expérience ATLAS, et se concentre sur le régime de masse élevée, où la sensibilité est maximale et les techniques de sous-structure de jets indispensables. On développe la première interprétation de cette analyse en termes de théorie effective des champs. Ces recherches s’inscrivent dans un projet collaboratif IJCLab-LPNHE-CPPM, soutenu par l’ANR depuis le début de 2023, pour exploiter pleinement le potentiel scientifique des données du LHC.
En parallèle, l’équipe a contribué à la mesure de H→bb et recherche de H→cc, où le boson de Higgs est produit en association avec un boson W ou Z, en utilisant 140 fb-1 de données enregistrées par ATLAS pendant le Run 2. Cette étude publiée en 2025 combine les régimes résolu, où les deux jets b sont séparés, et boosté, où le boson de Higgs est reconstruit à l’aide de jets à grand rayon et identifiés à l’aide de techniques de sous-structure de jet. Des catégories basées sur l’étiquetage b/c et la cinématique permettent d’extraire les sections efficaces différentielles en fonction du moment transverse du boson. L’observation des canaux WH et ZH avec H→bb ̅ atteint 5,3 et 4,9 écarts-types (σ) respectivement. Une limite à 95 % CL sur H→cc ̅ est fixée à environ 11,5 fois la prédiction du MS.
Les résultats à très haut pT (au dela de 600 GeV) étendent la portée de la mesure dans un domaine cinématique très peu exploré et très sensible à la nouvelle physique.
Retrouvez ce texte dans le rapport d’activité 2024-2025 du LPNHE.
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