Un equipo del Instituto de Física Corpuscular, IFIC, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), liderado por el investigador del CSIC Ximo Poveda y la profesora de la UV María Moreno Llácer, ha tenido un papel clave en el nuevo resultado de la colaboración ATLAS sobre la interacción entre el bosón de Higgs y el quark top.

El quark top es la partícula elemental más masiva conocida y, por lo tanto, es la que tiene una interacción más fuerte con el bosón de Higgs. Esto lo hace especialmente importante para comprender cómo el campo de Higgs genera la masa de las partículas fundamentales. 

Un artículo reciente de la colaboración ATLAS, aceptado para publicación en el Journal of High Energy Physics, estudia la producción del bosón de Higgs junto con un par de quarks top (conocida como ‘producción ttH’). Aunque este proceso representa solamente un 1 por ciento del total de la producción de bosones de Higgs en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones, por sus siglas en inglés), proporciona una oportunidad única para medir directamente la interacción top–Higgs. 

Análisis de ttH ‘multileptónico’

Utilizando el conjunto completo de datos de la Run 2 del LHC (recogidos entre 2015 y 2018), la colaboración ATLAS ha completado una nueva medida de la producción ttH, centrada en sucesos ‘multileptónicos’, es decir, aquellos con varios leptones cargados (electrones, muones o taus) en el estado final.

Los datos se dividen en seis categorías exclusivas basadas en el número y la carga de los leptones. Las categorías que incluyen uno o dos leptones tau que decaen hadrónicamente son particularmente sensibles a las desintegraciones del bosón de Higgs en pares de leptones taus (H→ττ), mientras que las categorías restantes se centran principalmente en las desintegraciones del bosón de Higgs en bosones W (H→WW*). Este análisis incorpora numerosas mejoras en la identificación de partículas, los métodos de reconstrucción y las técnicas de análisis multivariante.

Resultados

Los resultados se presentan en términos de la ‘intensidad de señal’, definida como el número de sucesos ttH observados dividido por los predichos en el Modelo Estándar. La intensidad de señal ttH medida (μttH) es 0.63+0.20−0.19, ligeramente inferior a lo esperado en el Modelo Estándar (1,0) pero compatible dentro de las incertidumbres experimentales.

También se ha realizado la medida complementaria de la producción del bosón de Higgs en asociación con un solo quark top (tH). En este caso, la intensidad de señal se midió como μtH = 7,2+4,6−4,0, ligeramente por encima de la expectativa del Modelo Estándar. Resultados anteriores de ATLAS y CMS para este proceso también han observado un valor similar.

Además, se efectuaron mediciones en función del momento transverso del bosón de Higgs, con sensibilidad a diferentes mecanismos de producción y a posibles efectos más allá del Modelo Estándar. El artículo también investigó si la interacción entre el quark top y el bosón de Higgs podría incluir contribuciones que violen la simetría de carga–paridad (CP).

Participación del IFIC

Dentro de un equipo de trabajo formado por más de 70 personas, los investigadores del IFIC asumieron la responsabilidad completa del canal con tres leptones ligeros, que es el más sensible del análisis. A través del desarrollo de complejos métodos de análisis multivariantes, consiguieron sensibilidad para extraer la señal ttH de entre el fondo creado por otros procesos. Este análisis ha sido el tema de las tesis doctorales de los estudiantes del IFIC Lorenzo Varriale y David Muñoz.

Referencias:

Paper: https://arxiv.org/abs/2510.23755 (accepted by JHEP)
Figures: https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGP-2024-08/
ATLAS Briefing: https://atlas.cern/Updates/Briefing/Run2-ttH-multileptons
Presentation at the Higgs 2025 conference by Ximo Poveda: https://indico.cern.ch/event/1532417/contributions/6739183/attachments/3163857/5675051/Higgs25_20251027.pdf