ATLAS se aproxima de decaimentos raros do Higgs

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Exibição do evento de um bóson de Higgs candidato decaindo para dois múons (H→μμ), mostrado como trilhas vermelhas no detector. (Imagem: ATLAS/CERN)

A colaboração ATLAS encontra evidências de decaimentos do bóson de Higgs em múons e melhora a sensibilidade aos decaimentos do bóson de Higgs em um bóson Z e um fóton.

Estudos sobre as propriedades do bóson de Higgs tiveram destaque na programação da principal conferência anual de física, a Conferência da Sociedade Europeia de Física sobre Física de Altas Energias (EPS-HEP) de 2025, realizada esta semana em Marselha, França. Entre os resultados, a colaboração ATLAS  apresentou  duas análises que se concentram em dois decaimentos excepcionalmente raros do bóson de Higgs.

O primeiro processo em estudo foi o decaimento do bóson de Higgs em um par de múons (H→μμ). Apesar de sua escassez – ocorrendo em apenas 1 em cada 5.000 decaimentos do Higgs – esse processo oferece a melhor oportunidade para estudar a interação do Higgs com férmions de segunda geração e lançar luz sobre a origem da massa em diferentes gerações. Até agora, as interações do bóson de Higgs com partículas de matéria foram observadas apenas para partículas da terceira geração, a mais pesada: o lépton tau e os quarks top e bottom.

O segundo processo investigado foi o decaimento do bóson de Higgs em um bóson Z e um fóton (H→Zγ), onde o bóson Z subsequentemente decai em pares de elétrons ou múons. Esse decaimento raro é especialmente intrigante, pois ocorre por meio de um "loop" intermediário de partículas virtuais. Se novas partículas desconhecidas contribuírem para esse loop, o processo poderá oferecer pistas sobre a física além do Modelo Padrão.

Identificar esses decaimentos raros é um grande desafio. Para H→μμ, os pesquisadores procuraram um pequeno excesso de eventos aglomerados perto de uma massa de par de múons de 125 GeV (a massa do bóson de Higgs). Esse sinal pode ser facilmente ocultado por trás dos milhares de pares de múons produzidos por outros processos ("fundo"). O decaimento H→Zγ com o Z decaindo em elétrons ou múons é ainda mais difícil de isolar, pois o bóson Z decai dessa forma apenas cerca de 6% do tempo e os fótons são facilmente mimetizados por jatos de partículas.

Exibição do evento de um bóson de Higgs candidato decaindo para um fóton e um bóson Z, com o Z subsequentemente decaindo para um par elétron-pósitron. (Imagem: ATLAS/CERN

Para aumentar a sensibilidade de suas buscas, os físicos do ATLAS combinaram os dados dos três primeiros anos da Execução 3 do LHC com os dados completos da Execução 2 do LHC. Eles também desenvolveram um método sofisticado para modelar melhor os processos de fundo, categorizaram os eventos registrados pelos modos específicos de produção do Higgs e aprimoraram ainda mais suas técnicas de seleção de eventos.

Em buscas anteriores para H→μμ usando o conjunto completo de dados da Execução 2, a colaboração ATLAS viu seu primeiro indício desse processo no nível de 2  desvios-padrão , enquanto a colaboração CMS atingiu uma significância de 3 desvios-padrão com 2,5 desvios-padrão esperados. Agora, com os conjuntos de dados combinados das Execuções 2 e 3, a colaboração ATLAS encontrou evidências para H→μμ com uma significância esperada de 2,5 desvios-padrão e uma significância observada de 3,4 desvios-padrão. Isso significa que a chance de o resultado ser uma flutuação estatística é inferior a 1 em 3000!

Quanto ao processo H→Zγ, uma análise combinada anterior do ATLAS e do CMS usou dados da Execução 2 para encontrar evidências desse modo de decaimento. Ela relatou um excesso sobre a hipótese de fundo apenas de 3,4 desvios-padrão com 1,6 desvios-padrão esperados. O resultado mais recente do ATLAS , combinando dados da Execução 2 e da Execução 3, relatou um excesso de 2,5 desvios-padrão. A sensibilidade esperada dessa análise é de 1,9 desvios-padrão, fornecendo a sensibilidade esperada mais rigorosa até o momento para medir a probabilidade de decaimento ("fração de ramificação") de H→Zγ.

Essas conquistas foram possíveis graças ao grande e excelente conjunto de dados fornecido pelo LHC, à eficiência e ao desempenho excepcionais do experimento ATLAS e ao uso de novas técnicas de análise. Com mais dados no horizonte, a jornada de exploração continua!

Leia mais no site do ATLAS .

Para saber mais, acesse o link>

Fonte: CERN  /  Por colaboração ATLAS  /  Publicação 11/07/2025

https://home.cern/news/news/physics/atlas-closes-rare-higgs-decays

Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia). Participou do curso Astrofísica Geral no nível Georges Lemaître (EAD), concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Em outubro de 2014, ingressou no projeto S'Cool Ground Observation, que integra o Projeto CERES (Clouds and Earth’s Radiant Energy System) administrado pela NASA. Posteriormente, em setembro de 2016, passou a participar do The Globe Program / NASA Globe Cloud, um programa mundial de ciência e educação com foco no monitoramento do clima terrestre.

>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.

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