Des chercheurs de l’Université de Bristol ont travaillé avec des scientifiques du monde entier pour découvrir comment une particule fondamentale unique, connue sous le nom de Le boson de Higgs pourrait interagir avec la matière noire.
Crédit image : Large Hadron Collider (LHC) à Genève, Suisse
L’équipe de physiciens a aidé à mener l’analyse expérimentale de l’accélérateur de particules le plus puissant jamais construit – le Large Hadron Collider (LHC), au CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, à Genève, en Suisse.
En analysant les données recueillies avec un détecteur à usage général appelé Compact Muon Solenoid (CMS), au LHC, ils ont recherché des désintégrations invisibles du boson de Higgs. Ils ont obtenu les résultats les plus précis à ce jour, permettant de nouvelles connaissances sur les propriétés de la matière noire.
La résultatsprésenté à la 12e Higgs Hunting Conference à Paris le mois dernier, fournissent les contraintes les plus fortes sur la façon dont la matière noire interagit avec la matière normale dans notre univers, en supposant que la masse de matière noire est similaire ou quelques fois plus lourde que celle d’un proton.
Depuis la découverte du boson de Higgs il y a 10 ans, les scientifiques du CERN ont fait des progrès rapides dans la mesure et la détermination des propriétés de cette particule fondamentale unique en étudiant les différentes manières dont elle se désintègre. L’un des canaux les plus intrigants à rechercher est le canal « invisible » – une désintégration en particules que l’appareil expérimental ne peut pas détecter. Dans le modèle standard de la physique des particules, une telle désintégration invisible devrait se produire une fois sur 1000 désintégrations du boson de Higgs en se désintégrant en quatre neutrinos, les seules particules «invisibles» connues dans le modèle standard.
Une alternative intrigante aux désintégrations invisibles du boson de Higgs serait la désintégration en une paire de particules de matière noire. Le boson de Higgs est responsable des masses des particules fondamentales du modèle standard. Il est donc raisonnable de supposer qu’il serait également responsable de la masse de particules de matière noire jusqu’ici non découvertes. Si tel était le cas, le boson de Higgs interagirait avec la matière noire et, par conséquent, pourrait se désintégrer en elle, augmentant potentiellement de manière significative le taux de désintégration invisible du boson de Higgs.
Le boson de Higgs peut être produit de diverses manières au Grand collisionneur de hadrons. La nouvelle mesure combine les résultats de quatre modes de production de Higgs différents et des données prises à différentes énergies du centre de masse sur une période de sept ans, offrant l’étude la plus complète à ce jour sur les désintégrations invisibles du boson de Higgs.
L’équipe de Bristol, composée du professeur Henning Flaecher, du Dr Sudan Paramesvaran et des doctorants David Anthony, Robert White et Maciej Glowacki, s’est concentrée sur l’étude de la production de bosons de Higgs en association avec une paire de quarks top ou un boson W ou Z et sur la réalisation la combinaison statistique de tous les canaux. Les collaborateurs comprenaient des scientifiques de l’Imperial College de Londres, du Laboratoire Leprince-Ringuet de l’École polytechnique de Paris et de l’Université de Boston.
La précision expérimentale actuelle est encore loin de sonder les désintégrations invisibles du boson de Higgs au niveau de 1 sur 1000. Avec les nouveaux résultats, les chercheurs de CMS s’attendaient à pouvoir limiter la probabilité que de telles désintégrations se produisent à moins de huit sur 100. , contraignant le Higgs à la fraction de ramification invisible à moins de 10 % pour la première fois. Fait intéressant, lors de l’analyse des données, les physiciens n’ont pu limiter la probabilité de désintégrations invisibles de Higgs qu’à moins de 15 sur 100, ou en d’autres termes, ils ont observé un nombre légèrement plus élevé d’événements dans les données que prévu à partir du modèle standard pur processus.
Le professeur Henning Flaecher, chef de l’équipe de Bristol, de l’École de physique, a déclaré: «À ce stade, l’excès observé dans les données n’est pas ce que nous considérons comme statistiquement significatif. C’est cependant un indice alléchant, d’autant plus qu’un excès similaire de données est également constaté par l’expérience ATLAS.
Le Dr Sudan Paramesvaran, qui dirige les activités Trigger de Bristol sur CMS, le système qui décide laquelle des 40 millions de collisions proton-proton par seconde doit être conservée pour une analyse plus approfondie, a ajouté : nous si le petit excès vu dans cette analyse est confirmé. En parallèle, nous jouons un rôle clé dans la préparation de l’expérience du Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité amélioré, qui devrait entrer en service en 2029 et donner accès à environ dix fois plus de données, afin d’identifier ces collisions avec beaucoup plus de précision.
Le professeur Flaecher a conclu : « Bien que cette nouvelle mesure n’indique pas la production de matière noire au LHC, elle peut néanmoins être utilisée pour contraindre ses propriétés, à savoir la force – ou la faiblesse – de l’interaction de la matière noire avec la matière connue du modèle standard. Les nouveaux résultats de CMS fournissent les limites les plus fortes sur la force d’interaction pour des masses de matière noire relativement légères de quelques GeV, par rapport aux approches alternatives de recherche de matière noire.
La source: Université de Bristol
