The Vaccum and the Generation Structure Probed by Higgs Boson

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: New expansion of particle physics of post-Higgs era by LHC revealing the vacuum and space-time structure
• Project/Area Number: 16H06491
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: Hanagaki Kazunori 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (40448072)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 受川 史彦 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10312795) ; 東城 順治 九州大学, 理学研究院, 准教授 (70360592)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: ヒッグス / 真空の構造 / 湯川結合 / LHC / ATLAS実験 / シリコン検出器

Outline of Final Research Achievements

We collected 150/fb of proton-proton collision data at ATLAS detector. Using this dataset, (1) we discovered direct coupling between Higgs and b-quark and measured its coupling strength with 13% precision, (2) we discovered direct coupling between Higgs and t-quark and measured its coupling strength with 9% precision, (3) we found a sign of Higgs to muon coupling, and (4) we measured Higgs boson mass with 0.2% precision.
In order to improve the precision of various Higgs measurements, and to determine Higgs self-coupling at the LHC high luminosity project (HL-LHC) in future, we carried out the development of cutting edge silicon tracking detectors. Developments of silicon pixel module and silicon strip sensor are completed. Based on this research and development, Technical Design Report of new silicon tracker for ATLAS upgrade was completed.

Free Research Field

素粒子物理学実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ヒッグス粒子とbおよびtクォークとの結合を直接観測したことにより，クォークの質量が2012年に発見したヒッグス場により動的に生成されていることを突き止めた。素粒子とヒッグス粒子の結合の強さが質量に比例していることを明らかにし，ヒッグス場の性質が素粒子にアイデンティを与えている，という描像を確実なものとして，真空と時空を新たな学術領域とする本領域が今後の素粒子物理学の発展の一つの方向性であることを示した。
また，真空の全貌解明には自己結合の測定が不可欠であり，本研究によるシリコン検出器開発の進展は，自己結合定数測定を目指すLHCの高輝度化（HL-LHC）成功のための大きなマイルストーンである。