Le boson de Higgs ressemble à un diapason qui émet une note bien précise. Mais les physiciens ont appris à l'entendre même lorsque la note est faussée, dans la région dite « hors résonance ». C'est là, dans les données du détecteur CMS, que se cachaient les réponses aux questions sur la véritable nature du mécanisme de Higgs.
Lors de collisions de protons à l'énergie record de 13 TeV, des paires de bosons Z ont été produites, et à travers elles, des particules de Higgs avec une masse loin des 125 GeV habituels. Ce signal « désaccordé » a permis de tester directement pour la première fois l'hypothèse selon laquelle le boson de Higgs serait composite, comme un atome ou un proton. Il s'avère que s'il possède une structure interne, elle est cachée au-delà de 870 GeV. C'est comme si le diapason ne révélait aucune partie constitutive même lorsqu'on le frappe avec un marteau sept fois plus fort que d'habitude.
La deuxième surprise est venue des quarks légers. Auparavant, leur contribution à la production de Higgs était presque impossible à détecter, car elle se noie dans le « bruit » des particules plus massives. Mais en combinant les données des régions avec et sans résonance, les physiciens ont réussi à isoler ce faible murmure et à lui imposer les contraintes les plus strictes à ce jour. Ils ont également mesuré la durée de vie du boson : 5,1 MeV en unités d'énergie, soit environ 10⁻²² seconde. Cela équivaut au temps que met la lumière pour parcourir une distance cent fois plus petite que le noyau atomique.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2607.23352
Measurements of Higgs boson production in the off-shell region are presented, using the four-lepton decay channel. Data from proton-proton collisions at the CERN LHC, collected by the CMS experiment and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$$^{-1}$$ at a center-of-mass energy of 13 TeV, are utilized. The first direct test of composite Higgs boson models is performed, with a lower limit on the compositeness scale $$\Lambda_\mathrm{H}$$ set at 870 GeV at the 95% confidence level. Tests of gluon-fusion production within the standard model effective field theory framework are performed. The first constraint on the Higgs boson self-coupling in the off-shell region is obtained. By combining on- and off-shell measurements, the analysis sets the tightest constraints to date on light-quark Yukawa couplings, while relaxing assumptions such as the bound on the Higgs boson coupling to vector bosons, thereby providing more model-independent results. Constraints on the Higgs boson width are provided while accounting for a range of beyond-the-standard-model effects, including both light and heavy particles in the gluon-fusion production loop, as well as modified couplings to vector bosons. A combined analysis of the H$$\to$$ZZ and PH$$\to$$WW channels is performed to improve sensitivity to the Higgs boson width, yielding $$\Gamma_\mathrm{H}$$ = 5.1$$^{+2.0}_{-1.8}$$ MeV. The scenario of no off-shell Higgs boson production is excluded at a confidence level exceeding 5 standard deviations.
La largeur du boson de Higgs, mesurée dans cette analyse, est d'environ 5 MeV. Si on la convertit en unités plus familières, cela correspond à une durée de vie d'environ 10⁻²² seconde. Pendant ce temps, la lumière parcourt une distance cent fois plus petite que le diamètre du proton.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, une supercivilisation manipule les constantes physiques. De telles recherches sur la nature composite du champ de Higgs pourraient être un premier pas vers la détection d'une telle ingérence.