Ecco un elenco di risultati recenti in cui sono stati coinvolti i membri del nostro gruppo. Per maggiori dettagli, non esitate a visitare la pagina centrale di ATLAS.
Produzione di un bosone di Higgs in associazione con una coppia di quark top
Il Modello Standard della Fisica delle particelle prevede che tutti i leptoni, i quark, i bosoni W e Z carichi acquisiscano massa attraverso l’interazione del campo di Higgs, di cui il bosone di Higgs è una fluttuazione quantica. Dall’osservazione di questo ultimo pezzo della SM nel 2012 dagli esperimenti LHC, molte analisi hanno studiato le proprietà di questa particella, con particolare interesse per i suoi accoppiamenti con le altre particelle conosciute.
Una delle proprietà più difficili da misurare è l’accoppiamento di Yukawa del bosone di Higgs con il quark top, che può essere osservato negli eventi di identificazione di LHC in cui un bosone di Higgs viene prodotto in associazione con una coppia di top quark.
Questo processo raro rappresenta solo l’1% dei possibili modi di produzione del bosone di Higgs nelle collisioni protone-protone al LHC. Atlas ha analizzato questi eventi sfruttando diverse segnature, combinando i modi di decadimento del quark top, sondando l’esistenza di questo processo e misurando quindi l’accoppiamento top-Higgs.
Referenze: HIGG-2017-02, Physics Briefings
Ricerca di Nuova Fisica in stati finali con due jet adronici
Nonostante l’osservazione del bosone di Higgs nel 2012, il tanto atteso pezzo mancante, molti fenomeni osservati in natura sono ancora inspiegabili dal Modello Standard (ad esempio la Materia Oscura, l’asimmetria materia-antimateria, ecc.). La ricerca di una spiegazione di tali fenomeni è alla base di diverse ricerche di evidenze di nuova Fisica nelle collisioni ad LHC. Una delle prove più evidenti di nuova fisica è l’osservazione di una nuova particella ricostruita attraverso il suo prodotto di decadimento.
La ricerca di una risonanza massiva che si decompone in una coppia di jet adronici di particelle è stato un argomento ricorrente nelle ricerche esotiche ad alta energia condotte dall’esperimento ATLAS. Quando si analizza la distribuzione di massa invariante degli eventi dijet, la segnatura peculiare dell’esistenza di una nuova risonanza è la presenza di un picco, o di una protuberanza, su uno sfondo che decresce monotonicamente, che può essere modellato con una funzione analitica adeguata.
Benché difficilmente visibili, nuovi processi fisici che avvengono a poche decine di TeV, potrebbero comportare una modifica della cinematica degli eventi anche a scale energetiche inferiori: per questo motivo quindi la ricerca di risonanze viene completata con una ricerca di anomalie nella correlazione angolare tra coppie di jet adronici .
Referenze: EXOT-2016-21, EXOT-2019-03
Ricerca di Materia Oscura in stati finali con un jet ed energia trasversa mancante
Le osservazioni cosmologiche predicono che l’universo è fatto di materia ordinaria per meno del 5%. Una parte dell’universo sembra essere fatto di ciò che viene chiamato Materia Oscura, di cui diverse osservazioni fenomenologiche ne confermano l’esistenza. Tra tutti i possibili scenari che spiegano tale evidenza, un paradigma diffuso considera il contributo della Materia Oscura come proveniente da una massiccia particella che interagisce debolmente (WIMP), sfuggendo alla rivelazione degli esperimenti proprio a causa della debolezza dei suoi accoppiamenti con le particelle ordinarie.
Oltre alle ricerche dirette di WIMP che puntano ad osservare scattering con i nuclei della materia ordinaria, gli esperimenti di collider stanno cercando la produzione di tali particelle candidate per la Materia Oscura in collisioni protone-protone. A causa della loro interazione estremamente debole, un WIMP non lascerebbe alcuna traccia nel rilevatore ATLAS, rendendo così la loro individuazione piuttosto impegnativa.
Gli eventi con un singolo getto adronico, irradiato dallo stato iniziale delle collisioni, e una grande quantità di energia sbilanciata nel piano trasverso causata dalla produzione di particelle di Materia Oscura non rivelate possono essere invece utilizzati per sondare tali ipotesi.
Refereze: EXOT-2016-27
Misura della massa del bosone di Higgs nei canali ZZ(*) e ƔƔ
Le prove dell’esistenza del bosone di Higgs hanno finalmente dato al Modello Standard della Fisica delle particelle il pezzo mancante di un puzzle che teorici e sperimentali hanno impiegato decenni a comprendere e sondare. Oltre alla sua osservazione, le proprietà del bosone di Higgs sono cruciali quanto la sua scoperta per comprendere la validità del meccanismo di Higgs come un modo per le particelle di acquisire una massa e la natura delle interazioni tra particelle.
La produzione di eventi con un bosone di Higgs nelle collisioni protone-protone può essere inferita attraverso l’identificazione dei suoi due modi di decadimento più puri: il suo decadimento in una coppia di fotoni e in una coppia di bosoni Z, che decadono a loro volta in un paio di lettoni massivi dello stesso sapore e carica opposta.
Osservando la massa invariante dei due fotoni nel primo caso o dei quattro leptoni nel secondo è possibile osservare la presenza del bosone di Higgs come un picco nello spettro di massa. La combinazione delle informazioni di questi due canali è stata utilizzata per estrarre una misura della massa del bosone di Higgs con una precisione al per mille.
Referenze: HIGG-2016-33
Misura della sezione d’urto differenziale di produzione del bosone di Higgs in eventi con 4 leptoni
Nel 2012 è stata scoperta una nuova particella analizzando attentamente gli eventi registrati dagli esperimenti ATLAS e CMS dalle collisioni protone-protone al LHC. Da allora sono stati fatti molti sforzi per capire la sua natura e per verificare se quello era o meno il bosone di Higgs previsto dal Modello Standard, confermando la previsione in diversi modi.
Per conoscere la natura del bosone di Higgs è fondamentale capire nei dettagli il suo comportamento, incluso il modo in cui viene prodotto nelle collisioni tra particelle. Un modo per farlo è misurare la sua sezione d’urto di produzione nei diversi meccanismi previsti (fusione di gluoni, produzione associata, fusione di bosoni vettoriali); un modo ancora migliore per farlo è misurare tale sezione d’urto in funzione di alcune osservabili cinematiche che caratterizzano il bosone di Higgs prodotto, per sondare le previsioni teoriche a un livello più profondo.
Una misura di sezione d’urto differenziale è stata effettuata dall’esperimento ATLAS in eventi in cui il bosone di Higgs decade in una coppia di bosoni Z, che decadono a loro volta in coppie di leptoni carichi. Nessuna deviazione significativa è stata trovata rispetto alle aspettative, confermando che questa particella si sta comportando esattamente come i teorici predissero già alcuni decenni fa.
Referenze: ATLAS-CONF-2018-018