Menú de hoy: ¡Sopa T-Hicks!

Si encontrar un bosón de Higgs es interesante, ¿qué sucede cuando encontramos dos al mismo tiempo? Bueno, imaginemos el bosón de Higgs como un imán especial. Con un solo imán podrás aprender cómo interactúa con diferentes materiales, como la madera o el hierro. Pero con dos imanes, puedes explorar cómo interactúan entre sí. De manera similar, al estudiar cómo se crean los pares de bosones de Higgs y cómo se comportan, los físicos pueden descubrir secretos sobre el bosón de Higgs y aprender sobre su papel en el universo.

Cuando se produce un bosón de Higgs, inmediatamente se desintegra en otras partículas. En análisis anteriores de ATLAS, los investigadores buscaron la producción de d-Higgs mediante la detección de desintegraciones específicas del bosón de Higgs. Por ejemplo, se centraron en un bosón de Higgs que se desintegraba en un par de quarks down (b) y en otro que se desintegraba en un par de fotones (γ). Este método funciona bien cuando ambos bosones de Higgs se reconstruyen fácilmente.

Sin embargo, varios posibles procesos de desintegración del bosón de Higgs cuestionan este enfoque. Los bosones de Higgs también pueden descomponerse en dos bosones W, dos bosones Z o dos leptones Tau. Estas partículas se desintegran en electrones, muones, quarks (que los físicos ven como «chorros» en el detector) y neutrinos (que no se ven a través del detector). Es casi imposible separar estas partículas para encontrar la cadena de desintegración específica del bosón de Higgs. En la figura 1 se muestra un ejemplo de estas desintegraciones ambiguas del par de Higgs. Aquí ATLAS registra colisiones en las que falta energía de tres electrones, chorros y neutrinos, pero que pueden generarse de diversas formas.

su Análisis recienteEn lugar de desentrañar la compleja cadena de desintegración, los físicos de ATLAS se centraron en la «sopa» de partículas producidas. Dividieron los eventos en nueve categorías diferentes según la cantidad de partículas en el evento final. Tres tipos contienen dos fotones (de H→γγ) y uno o dos electrones, muones o taus (de H→WW/ττ/ZZ). Los otros seis tipos no contienen fotones, pero sí un número variable de electrones, muones, taus y p-quarks (de H→bb). La Figura 2 muestra cómo los D-Hicks específicos se clasifican en estas diferentes categorías.

Sin embargo, hay varios procesos que ocurren en común con las colisiones ATLAS. Algunos de estos pueden producir firmas muy similares en el detector ATLAS a las de los eventos T-Hicks y se tratan como fondo. Entonces, ¿cómo pueden los físicos distinguir entre un evento potencial de T-Hicks y un evento de fondo? ¡Usando inteligencia artificial! En su nuevo análisis, los físicos entrenaron un algoritmo de árbol de decisión impulsado (BDT) utilizando eventos simulados que imitan las firmas esperadas de eventos de fondo en los detectores T-Hicks y ATLAS. El algoritmo aprende a distinguir entre los dos tipos de procesos en función de la energía depositada por las partículas finales y su posición en el detector. Después de varias iteraciones de entrenamiento con eventos simulados, el algoritmo puede determinar la probabilidad de que un evento con ciertas características se origine en un proceso de producción o en segundo plano de T-Hicks. Después de este tutorial, el algoritmo está listo para buscar eventos de di-Higgs en datos reales del LHC.

Combinando toda la información de las distintas especies, el equipo ATLAS espera establecer un límite en la tasa de producción de d-Higgs, 11 veces mayor que la tasa prevista por el Modelo Estándar. En última instancia, algunos segmentos contenían más eventos de datos de los esperados, por lo que el límite observado en la proporción de producción de d-Hicks se estableció en 18 veces mayor que la predicción del modelo estándar. La producción de Di-Higgs es uno de los procesos más raros que se prevé que ocurra en el modelo estándar, por lo que es importante capturar estos eventos tanto como sea posible. La combinación de este resultado con otras búsquedas de ATLAS sobre la producción de d-Higgs permitirá a los físicos desarrollar aún más este importante proceso.

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