Комбинация топ-антитоп-хиггс

Что обнаружено

Коллаборация CMS измерила сечение рождения бозона Хиггса в сопровождении топ-антитоп-пары (ttH). Результат почти втрое превышает предсказания Стандартной модели. Вероятность распада составляет \(\mu = 2.9^{+1.0}_{-0.9}\), что на 2,1σ отличается от СМ. Аналогичный поиск ATLAS не прояснил ситуацию: там интенсивность оказалась μ = 1,7±0,8, что согласуется как со СМ, так и с данными CMS. Предварительное объединение данных CMS и ATLAS показывает отклонение от СМ на уровне 2,3σ.

Результаты CMS и ATLAS по интенсивности рождения бозона Хиггса в сопровождении топ-антитоп-пары. Источник

Данные сеанса Run 2 поначалу подтверждали некоторое превышение на уровне до 2σ. Однако по мере того, как экспериментаторы набирали опыт в анализе продуктов распада таких сложных систем, аномалия стала исчезать. В конце 2017 года коллаборация ATLAS, основываясь на данных всего 2016 года, полностью закрыла превышение.

Сечение рождения комбинации топ-антитоп-хиггс по данным ATLAS Run 2 по отношению к предсказаниям Стандартной модели. Четыре строчки отвечают разным каналам распада бозона Хиггса, внизу под чертой подведен общий результат. График с сайта cds.cern.ch

Сентябрь 2015. Хиггсовский бозон может рождаться разными способами, и каждый канал рождения по-своему чувствует возможные эффекты Новой физики. Поэтому важно измерять не только общее сечение рождения бозона Хиггса, но и вклады разных каналов.

Один из каналов рождения и распада бозона Хиггса в сопровождении топ-антитоп-пары. Картина распада в этом канале такова, что на выходе имеется два лептона одинакового знака заряда и многочисленные адронные струи. Источник

Комбинация ttH распадается дальше на множество дочерних частиц, поэтому восстановление этого канала распада — очень нетривиальное дело. На рисунке показан один из вариантов распада, с участием мюонов одинакового знака; в этой подвыборке сигнал превышает ожидания СМ в 8 с лишним раз.

Канал рождения ttH — один из самых редких, он только-только начинает проступать в данных коллайдера, поэтому данных тут накоплено очень мало и погрешности остаются высокими. Однако сечение этого процесса быстро растет с энергией; при переходе от 8 ТэВ к 13 ТэВ оно возрастает в четыре раза. Поэтому ожидается, что картина существенно изменится уже после первого года сеанса Run2.

Апрель 2016. Коллаборация ATLAS добавила вариант процесса с адронным распадом топ-кварка и обновила свой результат: теперь он составляет не 1,5±1,1, а 1,7±0,8. Общей картины это, впрочем, не изменило.

Август 2016. На конференции ICHEP обнародованы предварительные данные 2015 и 2016 годов по ttH каналу. Интенсивность сигнала составляет μ = 1,8±0,7 по данным ATLAS и примерно μ = 2,0±0,7 по данным CMS. По отдельности, эти измерения не впечатляют, однако при их объединении, а также учете сеанса Run 1, статистическая значимость достигает ориентировочно 2σ. Впрочем, все эти числа пока остаются предварительными.

Июль 2017. Ситуация остается запутанной. Анализ данных 2016 года всё еще не завершен. Обновлены лишь некоторые каналы распада бозона Хиггса, и в них наблюдается разнобой. Экспериментаторы признают, что им требуется удостовериться, что во всех этих вариантах они корректно восстанавливают столь сложную картину распада ttH системы.

Декабрь 2017. Коллаборация ATLAS наконец-то завершила анализ данных 2016 года. Все каналы более или менее сходятся друг с другом и в пределах погрешности совпадают с предсказаниями Стандартной модели. Интенсивность сигнала, просуммированная по всем каналам распада, составляет μ = 1,2±0,3. Аномалия исчезла.