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Rechercher l'asymétrie matière-antimatière dans l'interaction entre le boson de Higgs et le quark top

Grâce aux données de la deuxième exploitation du LHC, ATLAS et CMS en savent davantage sur l'interaction entre le boson de Higgs et le quark top

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ATLAS CMS Higgs-Top Quark event displays
Visualisations des événements lors desquels des bosons de Higgs ont été produits en association avec des quarks top (Image: CERN)

Au cours des dernières années, l’étude du boson de Higgs est passée du stade de la découverte de la particule à celui de la réalisation de mesures visant à mieux la comprendre. Parmi les dernières analyses effectuées par les collaborations ATLAS et CMS sur les propriétés de cette particule si singulière figurent des mesures qui ont jeté une lumière nouvelle sur l'interaction du boson de Higgs avec le quark top, la plus massive des particules élémentaires connues, qui interagit donc le plus fortement avec le boson de Higgs. En plus d’avoir permis d’établir la force de l'interaction entre le boson de Higgs et le quark top, ces mesures ouvrent de nouvelles pistes d’étude de la violation de CP (charge-parité).

Découverte de façon inattendue il y a plus de 50 ans, la violation de CP met en lumière une asymétrie fondamentale dans la nature, à l'origine de différences rares dans les taux de processus mettant en jeu les particules de matière et leurs équivalents dans l'antimatière. Elle serait donc un élément essentiel pour expliquer la prédominance observée de la matière par rapport à l'antimatière. Si le Modèle standard de la physique des particules peut expliquer la violation de CP, l'ampleur de la violation de CP observée jusqu'ici par les expériences – et récemment celle observée dans le comportement de quarks c par la collaboration LHCb – est trop faible pour expliquer le déséquilibre cosmologique entre matière et antimatière. C'est pourquoi la recherche de nouvelles sources de violation de CP revêt un grand intérêt pour les scientifiques.

Lors de leurs récentes études, les équipes de CMS et d'ATLAS ont réalisé de manière indépendante un test direct des propriétés de l'interaction entre le quark top et le boson de Higgs. Ces études reposent sur l'ensemble des données enregistrées lors de la deuxième période d'exploitation du LHC, qui ont permis de réaliser des mesures et des analyses plus précises des événements lors desquels le boson de Higgs est produit en association avec un ou deux quarks top avant de se désintégrer en deux photons. Pour pouvoir détecter cette association extrêmement rare, observée pour la première fois en 2018 par les deux collaborations, il a fallu exploiter les pleines capacités des détecteurs et des techniques d'analyse.

Conformément aux prédictions du Modèle standard, aucun signe de violation de CP n'a été détecté par l'une ou l'autre expérience lors de l'interaction entre un quark top et un boson de Higgs. Les deux expériences ont par ailleurs constaté que le taux de production du quark top et du boson de Higgs, qui mesure la force de l'interaction entre les deux particules, concordait avec les précédents résultats obtenus et était conforme aux prédictions du Modèle standard.

Après ces premières analyses de la violation de CP dans l'interaction entre le quark top et le boson de Higgs, les scientifiques d'ATLAS et de CMS envisagent à présent d'étudier d'autres canaux de désintégration du boson de Higgs ; ces travaux viendront compléter les recherches menées depuis plusieurs décennies pour tenter de résoudre le mystère de l’absence d’antimatière dans l’Univers.

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Pour en savoir plus, rendez-vous sur les sites web des expériences ATLAS et CMS.