Nos 11 anos desde sua descoberta no Grande Colisor de Hádrons (LHC), o bóson de Higgs tornou-se uma avenida central para lançar luz sobre a estrutura fundamental do universo. Medições precisas das propriedades dessa partícula especial estão entre as ferramentas mais poderosas que os físicos têm para testar o Modelo Padrão, atualmente a teoria que melhor descreve o mundo das partículas e suas interações. Na Lepton Photon Conference esta semana, a colaboração ATLAS relatou como mediu a massa do bóson de Higgs com mais precisão do que nunca.

A massa do bóson de Higgs não é prevista pelo Modelo Padrão e deve, portanto, ser determinada por medição experimental. Seu valor governa as forças das interações do bóson de Higgs com as outras partículas elementares , bem como consigo mesmo. Um conhecimento preciso desse parâmetro fundamental é a chave para cálculos teóricos precisos que, por sua vez, permitem que os físicos comparem suas medições das propriedades do bóson de Higgs com as previsões do Modelo Padrão. Desvios dessas previsões sinalizariam a presença de fenômenos novos ou não explicados. A massa do bóson de Higgs também é um parâmetro crucial que impulsiona a evolução e a estabilidade do vácuo do universo.

As colaborações ATLAS e CMS têm feito medições cada vez mais precisas da massa do bóson de Higgs desde a descoberta da partícula. A nova medição ATLAS combina dois resultados: uma nova medição de massa do bóson de Higgs baseada em uma análise do decaimento da partícula em dois fótons de alta energia (o "canal difotônico") e uma medição de massa anterior baseada em um estudo de seu decaimento em quatro léptons (o "canal de quatro léptons").

A nova medição no canal de difótons, que combina análises dos conjuntos de dados ATLAS completos das execuções 1 e 2 do LHC, resultou em uma massa de 125,22 bilhões de elétron-volts (GeV) com uma incerteza de apenas 0,14 GeV. Com uma precisão de 0,11%, este resultado do canal de difótons é a medição mais precisa até hoje da massa do bóson de Higgs a partir de um único canal de decaimento.

Comparado com a medição anterior do ATLAS neste canal, o novo resultado se beneficia tanto do conjunto de dados completo do ATLAS Run 2, que reduziu a incerteza estatística em um fator de dois, quanto de melhorias dramáticas na calibração das medições de energia do fóton, que diminuiu a incerteza sistemática em quase um fator de quatro para 0,09 GeV.

"As técnicas de calibração avançadas e rigorosas usadas nesta análise foram críticas para elevar a precisão a um nível sem precedentes", diz Stefano Manzoni, organizador do subgrupo de calibração de elétrons-fótons do ATLAS. "Seu desenvolvimento levou vários anos e exigiu um profundo conhecimento do detector ATLAS. Eles também beneficiarão muito as análises futuras."

Quando os pesquisadores do ATLAS combinaram essa nova medição de massa no canal de difótons com a medição de massa anterior no canal de quatro léptons, eles obtiveram uma massa de bóson de Higgs de 125,11 GeV com uma incerteza de 0,11 GeV. Com uma precisão de 0,09%, esta é a medição mais precisa até agora deste parâmetro fundamental.

“Essa medição muito precisa é o resultado do investimento incansável da colaboração do ATLAS para melhorar a compreensão de nossos dados”, disse o porta-voz do ATLAS, Andreas Hoecker. "Poderosos algoritmos de reconstrução emparelhados com calibrações precisas são os ingredientes determinantes das medições de precisão. A nova medição da massa do bóson de Higgs contribui para o mapeamento cada vez mais detalhado deste novo setor crítico da física de partículas."