Впервые получено свидетельство редкого распада бозона Хиггса

На Большом адронном коллайдере (БАК) впервые получено свидетельство редкого распада бозона Хиггса на Z-бозон и фотон.

Об этом рассказывают в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), передают OstanniPodii.com.

Открытие бозона Хиггса на БАК в ЦЕРНе в 2012 году стало важной вехой в физике частиц. С тех пор ученые тщательно изучают свойства этой уникальной частицы и пытаются установить различные способы ее образования и распада на другие частицы.

На недавней Научной конференции БАК исследователи доложили о том, что нашли первые свидетельства редкого процесса, в котором бозон Хиггса распадается на Z-бозон (электрически нейтральный носитель слабого взаимодействия) и фотон (носитель электромагнитного взаимодействия). Этот распад бозона Хиггса может служить косвенным доказательством существования частиц за пределами тех, которые предусматривает Стандартная модель физики частиц.

Распад бозона Хиггса на Z-бозон и фотон аналогичен распаду на два фотона. В этих процессах бозон Хиггса не распадается непосредственно на указанные пары частиц. Вместо этого распад происходит через промежуточную "петлю" "виртуальных" частиц, которые появляются и исчезают и не могут быть непосредственно обнаружены. Эти виртуальные частицы могут включать новые, еще не открытые частицы, которые взаимодействуют с бозоном Хиггса.

Стандартная модель предполагает, что если бозон Хиггса имеет массу около 125 миллиардов электронвольт, то примерно 0,15% бозонов Хиггса распадаются на Z-бозон и фотон. Однако некоторые теории, расширяющие Стандартную модель, предсказывают другое число распадов. Поэтому измерение процента распада дает ценные сведения как о физике за пределами Стандартной модели, так и о природе бозона Хиггса.

На детекторах Большого адронного коллайдера ATLAS и CMS, независимо друг от друга, используя данные столкновений протон-протон, был проведен широкий поиск распада бозона Хиггса на Z-бозон и фотон. Оба поиска использовали схожие стратегии, идентифицируя Z-бозон через его распады на пары электронов или мюонов (более тяжелая версия электрона). Такие распады Z-бозона происходят примерно в 6,6% случаев.

В этих поисках события столкновений, связанные с распадом бозона Хиггса (сигнал), будут идентифицированы как узкий пик на гладком фоне событий в распределении суммарной массы продуктов распада. Чтобы повысить чувствительность к распаду, ATLAS и CMS использовали самые частые режимы, в которых образуется бозон Хиггса, и классифицировали события на основе характеристик этих процессов образования. Также использовались передовые методы машинного обучения для дальнейшего различения событий сигнала и фона.

В новом исследовании были объединены наборы данных, собранные детекторами ATLAS и CMS во время второго запуска БАК, который происходил в период с 2015 по 2018 год. Таким образом значительно повышена статистическая точность и охват поисков.

Как следствие, коллаборацией получено первое свидетельство распада бозона Хиггса на Z-бозон и фотон. Результат имеет статистическую значимость в 3,4 стандартных отклонения, что ниже общепринятого требования в 5 стандартных отклонений для признания наблюдения. Измеренная доля сигнала на 1,9 стандартных отклонения выше предсказания Стандартной модели (то есть, распад наблюдается чуть более чем вдвое чаще, чем можно было бы ожидать по Стандартной модели).

"Каждая частица имеет особую связь с бозоном Хиггса, что делает поиск редких распадов Хиггса высокоприоритетной задачей", - говорит координатор физики ATLAS Памела Феррари. "Благодаря тщательному сочетанию отдельных результатов ATLAS и CMS мы сделали шаг вперед на пути к разгадке еще одной загадки бозона Хиггса".

"Существование новых частиц может иметь очень значительное влияние на редкие режимы распада Хиггса", - говорит координатор по физике CMS Флоренсия Канелли. "Это исследование является мощной проверкой Стандартной модели. Благодаря третьему запуску БАК и будущему БАК с высокой светимостью мы сможем повысить точность этого теста и исследовать еще более редкие распады Хиггса".

• физика элементарных частиц
• бозон Хиггса