Depuis la découverte d'un boson scalaire, dit boson de Higgs, par les expériences ATLAS et CMS au LHC, les chercheurs sondent ses propriétés pour les comparer aux prédictions du modèle théorique que constitue le Modèle Standard : différents modes de production et de désintégration, taux de production inclusive ou différentielle, masse et largeur de la distribution de ce signal, nombres quantiques (spin, parité conjugaison), tests de compatibilité des mesures avec de la nouvelle physique, etc.
Parmi ces propriétés, la masse du boson de Higgs est un paramètre crucial. Elle permet notamment de déterminer les taux de production et désintégration attendus avec différentes granularités, jusqu'à la granularité dite STXS (Simplified Template Cross[X]-Section). Elle constitue aussi, avec la masse du quark top, un paramètre de prédiction de l'évolution de notre univers actuel vers une configuration stable ou instable. À l'horizon de la prochaine décennie, la masse du Higgs permettrait de tester la cohérence du Modèle Standard, par comparaison avec les futures mesures du taux de double production de Higgs.
La désintégration du boson de Higgs en paires de photons, canal phare lors de sa découverte, est également utilisée pour mesurer cette masse. Bien que rare, ce canal bénéficie d'un signal propre émergeant au-dessus d'un continuum lisse de bruit de fond. Cette mesure repose sur un des sous-détecteurs d'ATLAS : le calorimètre électromagnétique, dédié à la mesure de l'énergie des électrons et photons. L'énergie effective de ces objets, mesurée dans le calorimètre électromagnétique, est calibrée, c'est-à-dire corrigée, pour tenir compte entre autres des dépôts d'énergie en amont de ce sous-détecteur. La méthodologie repose sur l'utilisation des désintégrations du boson Z en paires d'électron/positron pour comparer les données avec la simulation. La calibration a été affinée par rapport au passé en ajoutant une dépendance avec l'énergie, dite linéarité, ce qui permet de contraindre les incertitudes systématiques.
Cette nouvelle calibration a été utilisée pour mesurer la masse du Higgs dans le canal de désintégration en deux photons avec l'ensemble des données du Run 2 du LHC. Elle a permis de réduire les incertitudes systématiques par un facteur 2. En combinant les données du Run 2 et du Run 1, ATLAS mesure une masse de Higgs de 125,22 +/- 0,14 GeV, correspondant à une précision de 1,1 pour mille, résultat le plus précis annoncé. La thèse de Linghua Guo, effectuée à IJCLab et soutenue en septembre 2022, a été fondamentale pour l'obtention des résultats de ces analyses. Celle d'Oleksii Lukianchuk, également effectuée au laboratoire et soutenue en septembre 2023, a permis des vérifications importantes.
Pour plus d'informations : calibration du calorimètre électromagnétique d'ATLAS et mesure de la masse du Higgs avec le canal H->gamma gamma.