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Observation du couplage direct du boson H au quark top

Bruxelles, lundi 4 juin 2018

La première observation de la production simultanée d’une particule H (particule de Brout-Englert-Higgs) avec une paire de quarks  top-antitop a été publiée aujourd’hui dans la revue scientifique Physical Review Letters. Cette mesure importante, annoncée pour la première fois par la Collaboration CMS (Compact Muon Solenoid) en avril 2018 et aujourd’hui également signalée par la Collaboration ATLAS, démontre sans ambiguïté l’interaction du boson H avec la particule subatomique la plus massive, le quark top, et constitue une avancée importante dans notre compréhension des origines de la masse.

Le boson H, d’après le Modèle Standard en physique des particules, devrait interagir plus fréquemment avec les particules de grande masse qu’avec les particules légères. La découverte du boson en 2012 a fait la une des journaux du monde entier et a conduit à l’attribution du prix Nobel de physique à François Englert et Peter Higgs en 2013. Le boson H ne peut pas se désintégrer en une paire de quarks top-antitop car

Event display
Une collision observée dans le détecteur CMS

ceux-ci sont trop massifs.  Mais il est possible de produire, lors d’une collision proton-proton au LHC, une paire de quarks top-antitop et une particule H, appelé le processus ttH (voir la figure, qui représente une collision observée dans le détecteur CMS). C’est ce mécanisme de production qui a été observé pour la première fois, et ce faisant, la collaboration CMS a accompli l’un des principaux objectifs du LHC au cours de cette décennie.

« Cette étape a été franchie bien plus tôt que prévu », déclare Fabio Maltoni, professeur à l’UCL et porte-parole du programme EOS be.h, impliqué dans les prédictions théoriques nécessaires à la compréhension de cette découverte.

L’un des défis de cette découverte était de préparer la sélection en temps réel des événements intéressants. Pascal Vanlaer de l’ULB a été responsable de cette sélection:  « nous avons pensé à des moyens astucieux d’utiliser les données du détecteur, et quand nous avons vu que ceux-ci fonctionnaient bien avec les premières collisions à 13 TeV, j’ai eu un grand sourire sur mon visage ».

L’analyse des données a été partiellement réalisée à Bruxelles par Kirill Skovpen, postdoctorant FWO de la VUB. Skovpen mentionne que cette avancée a été possible grâce à une collaboration active entre de nombreux physiciens venant du monde entier et de domaines de compétences très différents au sein de la collaboration, et l’expertise présente en Belgique est un atout indéniable dans l’accomplissement et la poursuite de cette tâche extrêmement difficile. Skovpen a contribué à l’analyse dans l’état final multileptons, la partie des données qui est la plus sensible, et qui a permis (en la combinant avec les autres canaux) l’observation du processus ttH pour la toute première fois. « Avec l’analyse des nouvelles données qui seront récoltées en quantité par les expériences dans les années à venir, nous serons en mesure d’étudier de manière détaillée l’interaction entre le quark top et le boson H, afin de mieux comprendre cette interaction fondamentale. L’étude de ces deux particules fondamentales les plus massives, le boson H et le quark top, et leur interaction, permettra peut-être d’ouvrir des portes et de répondre à des questions encore non résolues sur notre univers et son évolution ! » nous explique Skovpen.

Fabio Maltoni ajoute: « le chemin est à présent tracé pour de nouvelles et excitantes explorations expérimentales et théoriques. Personnellement, je suis aussi excité parce que j’ai commencé à travailler sur les prédictions de ce processus il y a 16 ans. En fait, à l’époque, j’avais proposé (avec quelques très bons amis) de regarder les événements ayant 2, 3, ou 4 leptons dans l’état final… c’est exactement ce qui s’est passé: parmi tous les canaux considérés dans les analyses actuelles l’état final multi-leptons est celui qui fournit la plus grande sensibilité et il a une touche belge bien marquée ! Cela était juste une des nombreuses contributions à un énorme effort, mais je me sens fier et heureux ! C’est une journée incroyable. »

Il existe une expertise substantielle dans la modélisation et la compréhension de la contribution la plus importante à l’analyse ttH en Belgique à l’UCL, UA, VUB, UGent et ULB. Ces scientifiques belges collaborent dans le cadre du programme Excellence of Science (EOS) qui vise à promouvoir la recherche conjointe entre chercheurs des communautés flamande et francophone, en finançant des projets communs de recherche fondamentale.

De plus amples informations sur l’observation du processus ttH sont disponibles dans un communiqué de presse publié aujourd’hui par le CERN, à l’occasion de l’ouverture de la sixième conférence annuelle LHCP2018 à Bologne (Italie), où la collaboration ATLAS présente également ses derniers résultats pour la première fois.

Pour plus d’informations, voir:

Cette recherche de haut niveau ne serait pas possible sans le soutien continu du Fonds National de la Recherche Scientifique (FNRS) et du Fonds Wetenschappelijk Onderzoek (FWO) et des universités par le biais de leurs conseils de recherche. Les scientifiques impliqués dans ce rapport reçoivent un financement du FNRS et du FWO via le programme « Excellence of Science » EOS projet n. 3082081.

Pour les personnes de contact dans les universités impliquées, voir:

https://be-h.be/contact/

ou directement:

  • Fabio Maltoni (UCL) fabio.maltoni@uclouvain.be 048436015
  • Freya Blekman (VUB) freya.blekman@vub.be 0494990738

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