Si descubrir un solo bosón de Higgs es tan interesante, ¿qué pasa cuando descubres dos al mismo tiempo? Bueno, imaginemos el bosón de Higgs como un imán especial. Con un solo imán podrás ver cómo interactúa con diferentes materiales como la madera o el hierro. Pero usando dos imanes, puedes comprobar cómo interactúan entre sí. Asimismo, al investigar cómo se crean los pares de bosones de Higgs y cómo se comportan, los físicos pueden descubrir secretos sobre el propio bosón de Higgs y aprender sobre su papel en el universo.

Cuando se produce un bosón de Higgs, casi inmediatamente se desintegra en otras partículas. En análisis anteriores de ATLAS, los investigadores buscaron la producción del doble de Higgs mediante la búsqueda de desintegraciones específicas del bosón de Higgs. Por ejemplo, se centraron en la desintegración del bosón de Higgs en un par de quarks inferiores (b), mientras que el otro se desintegró en un par de fotones (γ). Este método puede funcionar bien cuando los bosones de Higgs se pueden reconstruir fácilmente.

Sin embargo, las numerosas desintegraciones posibles del bosón de Higgs suponen un desafío para este enfoque. Los bosones de Higgs también pueden descomponerse en dos bosones W, dos bosones Z o dos leptones tau (τ). Estas partículas, a su vez, se desintegran en electrones, muones, quarks (que los físicos ven como “chorros” en el detector) y neutrinos (que pasan a través del detector sin ser vistos). Es casi imposible separar estas partículas para distinguir la serie específica de desintegración del bosón de Higgs. En la Figura 1 se muestra un ejemplo de la desintegración de un misterioso par de Higgs. Aquí, ATLAS registra eventos de colisión con tres electrones, chorros y energía perdida de los neutrinos, pero hay muchas maneras diferentes en que esto podría producirse.

en Último análisisEn lugar de desentrañar la compleja cascada de desintegración, los físicos de ATLAS se centraron en la «sopa» de partículas producidas. Separaron los eventos en nueve categorías diferentes según la cantidad de moléculas en el evento final. Tres clases contienen dos fotones (de H→γγ), uno o dos electrones, muones o taus (de H→WW/ττ/ZZ). Las otras seis clases no contienen fotones, sino números variables de electrones, muones, tau y b quarks (de H→bb). La Figura 2 muestra cómo las desintegraciones del objetivo de Higgs caen en estas diferentes categorías.

Sin embargo, existen varios procesos más comunes que pueden ocurrir en las colisiones de ATLAS. Algunos de estos pueden producir firmas muy similares en el detector ATLAS a las de los eventos de Higgs y se consideran de fondo. Entonces, ¿cómo pueden los físicos distinguir entre un evento potencial de De Higgs y un evento de fondo? ¡Empleando 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 di-Higgs y eventos de fondo en el detector ATLAS. El algoritmo aprende a distinguir entre los dos tipos de procesos en función de la energía depositada por las partículas finales y su ubicación en el detector. Después de múltiples iteraciones de entrenamiento con eventos simulados, el algoritmo puede determinar la probabilidad de que un evento con ciertas características surja de la producción de un binario de Higgs o de un proceso en segundo plano. Una vez completado este entrenamiento, el algoritmo está listo para buscar eventos de D-Higgs en datos reales del LHC.

Al combinar información de todas las diferentes categorías, el equipo de ATLAS predijo un límite en la tasa de producción del binario de Higgs a 11 veces la tasa predicha por el Modelo Estándar. Al final, algunas clases tuvieron más eventos de datos de los esperados y, por lo tanto, el límite observado de la tasa de producción del binario de Higgs se estableció en 18 veces las predicciones del modelo estándar. La producción de un doble de Higgs es uno de los procesos más raros que se espera que ocurra en el modelo estándar, por lo que es importante capturar tantos de estos eventos como sea posible. La combinación de este resultado con otras búsquedas de ATLAS sobre la doble producción de Higgs permitirá a los físicos centrarse aún más en este proceso crucial.

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