Neue Erkenntnisse über Higgs-Boson-Zerfälle: Fortschritte in der Teilchenphysik

MARSEILLE / LONDON (IT BOLTWISE) – Die jüngsten Ergebnisse der ATLAS-Kollaboration, präsentiert auf der European Physical Society Conference on High Energy Physics 2025, werfen neues Licht auf die seltenen Zerfälle des Higgs-Bosons. Diese Entdeckungen könnten wegweisend für das Verständnis der fundamentalen Kräfte im Universum sein.

Die ATLAS-Kollaboration hat auf der diesjährigen European Physical Society Conference on High Energy Physics in Marseille bedeutende Fortschritte bei der Untersuchung der Higgs-Boson-Zerfälle präsentiert. Im Fokus standen zwei besonders seltene Zerfallsprozesse, die neue Einblicke in die Eigenschaften des Higgs-Bosons bieten könnten.

Der erste untersuchte Prozess ist der Zerfall des Higgs-Bosons in ein Paar von Myonen (H→μμ). Obwohl dieser Zerfall nur in einem von 5000 Fällen auftritt, bietet er eine einzigartige Gelegenheit, die Interaktion des Higgs-Bosons mit Fermionen der zweiten Generation zu studieren. Bisher wurden solche Interaktionen nur bei Teilchen der dritten Generation beobachtet, wie dem Tau-Lepton und den Top- und Bottom-Quarks.

Der zweite Prozess, der untersucht wurde, ist der Zerfall des Higgs-Bosons in ein Z-Boson und ein Photon (H→Zγ). Dieser Zerfall ist besonders faszinierend, da er über einen Zwischenzustand von virtuellen Teilchen erfolgt. Sollte es unbekannte Teilchen geben, die zu diesem Prozess beitragen, könnte dies Hinweise auf Physik jenseits des Standardmodells liefern.

Die Identifizierung dieser seltenen Zerfälle stellt eine erhebliche Herausforderung dar. Für den H→μμ-Zerfall suchten die Forscher nach einem kleinen Überschuss von Ereignissen, die sich bei einer Myonenpaar-Masse von 125 GeV konzentrieren. Der H→Zγ-Zerfall ist noch schwieriger zu isolieren, da das Z-Boson nur selten in Elektronen oder Myonen zerfällt und Photonen leicht durch Teilchenjets imitiert werden können.

Um die Empfindlichkeit ihrer Suche zu erhöhen, kombinierten die ATLAS-Physiker die Daten der ersten drei Jahre des LHC Run 3 mit den vollständigen Daten des LHC Run 2. Sie entwickelten auch eine ausgefeilte Methode zur besseren Modellierung von Hintergrundprozessen und verbesserten ihre Ereignisselektionstechniken.

In früheren Suchen nach H→μμ mit dem vollständigen Run 2-Datensatz hatte die ATLAS-Kollaboration einen ersten Hinweis auf diesen Prozess mit einer Signifikanz von 2 Standardabweichungen gefunden, während die CMS-Kollaboration eine Signifikanz von 3 Standardabweichungen erreichte. Mit den kombinierten Run 2- und Run 3-Datensätzen hat die ATLAS-Kollaboration nun Beweise für H→μμ mit einer erwarteten Signifikanz von 2,5 Standardabweichungen und einer beobachteten Signifikanz von 3,4 Standardabweichungen gefunden.

Für den H→Zγ-Prozess berichtete eine frühere kombinierte Analyse von ATLAS und CMS mit Run 2-Daten von einem Überschuss über die Hintergrundhypothese von 3,4 Standardabweichungen. Das neueste ATLAS-Ergebnis, das Run 2- und Run 3-Daten kombiniert, berichtet von einem Überschuss von 2,5 Standardabweichungen. Die erwartete Empfindlichkeit dieser Analyse beträgt 1,9 Standardabweichungen, was die bisher strengste erwartete Empfindlichkeit zur Messung der Zerfallswahrscheinlichkeit von H→Zγ darstellt.

Diese Erfolge wurden durch den großen, hervorragenden Datensatz des LHC, die herausragende Effizienz und Leistung des ATLAS-Experiments sowie den Einsatz neuartiger Analysetechniken ermöglicht. Mit weiteren Daten am Horizont setzt sich die Entdeckungsreise fort.

Unseren KI-Morning-Newsletter «Der KI News Espresso» mit den besten KI-News des letzten Tages gratis per eMail - ohne Werbung: Hier kostenlos eintragen!