Вперше отримано свідчення рідкісного розпаду бозона Хіггса
На Великому адронному колайдері (ВАК) вперше отримано свідчення рідкісного розпаду бозона Хіггса на Z-бозон і фотон.
Про це розповідають в Європейській організації з ядерних досліджень (ЦЕРН), передають OstanniPodii.com.
Відкриття бозона Хіггса на ВАК у ЦЕРНі у 2012 році стало важливою віхою у фізиці частинок. Відтоді вчені старанно вивчають властивості цієї унікальної частинки та намагаються встановити різні способи її утворення та розпаду на інші частинки.
На недавній Науковій конференції ВАК дослідники доповіли про те, що знайшли перші свідчення рідкісного процесу, в якому бозон Хіггса розпадається на Z-бозон (електрично нейтральний носій слабкої взаємодії) та фотон (носій електромагнітної взаємодії). Цей розпад бозона Хіггса може слугувати непрямим доказом існування частинок за межами тих, які передбачає Стандартна модель фізики частинок.
Розпад бозона Хіггса на Z-бозон і фотон аналогічний розпаду на два фотони. У цих процесах бозон Хіггса не розпадається безпосередньо на вказані пари частинок. Натомість розпад відбувається через проміжну "петлю" "віртуальних" частинок, які з′являються та зникають і не можуть бути безпосередньо виявлені. Ці віртуальні частинки можуть включати нові, ще не відкриті частинки, які взаємодіють з бозоном Хіггса.
Стандартна модель передбачає, що якщо бозон Хіггса має масу близько 125 мільярдів електронвольт, то приблизно 0,15% бозонів Хіггса розпадаються на Z-бозон і фотон. Однак деякі теорії, що розширюють Стандартну модель, передбачають інше число розпадів. Тому вимірювання відсотка розпаду дає цінні відомості як про фізику за межами Стандартної моделі, так і про природу бозона Хіггса.
На детекторах Великого адронного колайдера ATLAS і CMS, незалежно один від одного, використовуючи дані зіткнень протон-протон, було проведено широкий пошук розпаду бозона Хіггса на Z-бозон і фотон. Обидва пошуки використовували схожі стратегії, ідентифікуючи Z-бозон через його розпади на пари електронів або мюонів (важча версія електрона). Такі розпади Z-бозона відбуваються приблизно у 6,6% випадків.
У цих пошуках події зіткнень, пов′язані з розпадом бозона Хіггса (сигнал), будуть ідентифіковані як вузький пік на гладкому тлі подій у розподілі сумарної маси продуктів розпаду. Щоб підвищити чутливість до розпаду, ATLAS і CMS використовували найчастіші режими, в яких утворюється бозон Хіггса, і класифікували події на основі характеристик цих процесів утворення. Також використовувалися передові методи машинного навчання для подальшого розрізнення подій сигналу й фону.
У новому дослідженні було об′єднано набори даних, зібрані детекторами ATLAS і CMS під час другого запуску БАК, що відбувався у період з 2015 до 2018 року. Таким чином значно підвищено статистичну точність та охоплення пошуків.
Як наслідок, колаборацією отримано перше свідчення розпаду бозона Хіггса на Z-бозон і фотон. Результат має статистичну значущість у 3,4 стандартних відхилення, що нижче за загальноприйняту вимогу в 5 стандартних відхилень для визнання спостереження. Виміряна частка сигналу на 1,9 стандартних відхилення вища за передбачення Стандартної моделі (тобто, розпад спостерігається трохи більше ніж удвічі частіше, ніж можна було б очікувати за Стандартною моделлю).
"Кожна частинка має особливий зв′язок з бозоном Хіггса, що робить пошук рідкісних розпадів Хіггса високопріоритетним завданням", - каже координатор фізики ATLAS Памела Феррарі. "Завдяки ретельному поєднанню окремих результатів ATLAS і CMS ми зробили крок уперед на шляху до розгадки ще однієї загадки бозона Хіггса".
"Існування нових частинок може мати дуже значний вплив на рідкісні режими розпаду Хіггса", - каже координаторка з фізики CMS Флоренсія Канеллі. "Це дослідження є потужною перевіркою Стандартної моделі. Завдяки третьому запуску БАК і майбутньому БАК з високою світністю ми зможемо підвищити точність цього тесту й дослідити ще більш рідкісні розпади Хіггса".