Il bosone di Higgs come cacciatore di dark photons
L’esperimento ATLAS ha recentemente pubblicato i risultati di una ricerca di fotone oscuro prodotto nel decadimento del bosone di Higgs a cui il gruppo di Milano ha dato un contributo fondamentale.
Il fotone oscuro è ipotizzato nel contesto di alcune teorie che prevedono l’esistenza di un “settore” oscuro per spiegare la natura della Materia Oscura, uno dei grandi problemi aperti della fisica moderna. ll Modello Standard, infatti nonostante la precisione con cui è in grado di descrivere le particelle elementari e le loro interazioni, non può essere considerato completo e la Materia Oscura è uno degli ingredienti mancanti. Il fotone oscuro sarebbe il mediatore di nuove interazioni in questo ipotetico “settore” oscuro e, assumendo che il bosone di Higgs possa agire da “portale” tra Modello Standard e “settore” oscuro, potrebbe essere prodotto nelle interazioni protone-protone ad alte energie ad LHC e rivelato dall’esperimento ATLAS, costituendo una possibile via di accesso al “settore” oscuro.
Si tratta di una ricerca completamente nuova in ATLAS, effettuata sui dati raccolti dal rivelatore nel corso del Run 2, tra il 2015 e il 2018, che cerca un segnale di produzione del bosone di Higgs in associazione con un bosone Z, e successivo decadimento in un fotone e un fotone oscuro, esplorando sia il caso di fotone oscuro a massa nulla, sia masse fino a 40 GeV. Il fotone oscuro, interagendo molto debolmente con particelle del Modello Standard, non potrebbe quindi essere direttamente rivelato, ma sarebbe segnalato da uno sbilanciamento nell’energia totale misurata nel piano trasverso del rivelatore, noto con il nome di momento trasverso mancante. Gli eventi selezionati per questa analisi, quindi, sono caratterizzati dalla presenza di due leptoni (dal decadimento del bosone Z), un fotone e momento trasverso mancante (In Figura 1 è riportata la rappresentazione di due eventi selezionati, nel piano trasverso del rivelatore). I molti processi di Modello Standard che possono originare una segnatura simile, sono stati stimati con precisione tramite una combinazione di simulazioni Monte Carlo e stime basate esclusivamente sui dati. Per massimizzare la sensitività dell’analisi all’osservazione del fotone oscuro, una tecnica di Machine Learning (Boosted Decision Tree, BDT) è stata implementata, assicurando un’ottimo potere di discriminazione tra eventi con maggiore probabilità di essere riconducibili a un segnale di fotone oscuro (classificati con alto valore di BDT) ed eventi più probabilmente riconducibili a fondo dal Modello Standard (basso valore di BDT). Un eccesso di dati ad alto BDT, rispetto a quello predetto dal Modello Standard, sarebbe quindi interpretabile come un segnale di produzione di fotone oscuro. In questa analisi, nessun eccesso è stato osservato, permettendo quindi di porre dei limiti di esclusione (Figura 2) sul rate di decadimento del bosone di Higgs in fotone e fotone oscuro. Il massimo rate possibile è di circa 2.3% per un fotone non massivo, e raggiunge il valore di circa 2.5% per masse fino a 40 GeV.
Questa ricerca condotta in ATLAS ha fornito uno tra i migliori limiti di esclusione ad LHC sul decadimento di un bosone di Higgs in fotone e fotone oscuro.
Tratto da: https://atlas.cern/Updates/Briefing/Higgs-Dark-Photon
A cura di Federica Piazza.
Author
By Related posts
Comments RSS Feed