Ученые ЦЕРН сделали историческое открытие распада бозона хиггса на z-бозоны и фотоны

Май 26, 2023 Леонид Гляделов

Ученые с детекторов ATLAS и CMS, расположенных внутри большого адронного коллайдера, обнаружили первые в истории признаки того, что бозоны Хиггса могут трансформироваться в пары фотонов и z-бозонов, которые передают электрические силы. Об этом в пятницу объявил Керн.

Памела Феррари, научный координатор детектора ATLAS, которую цитирует пресс-служба ЦЕРН, отметила, что изучение этих необычных распадов бозона Хиггса крайне важно, поскольку от их появления во многом зависит, существуют ли частицы за пределами стандартной модели физики частиц. Третий цикл БАК и последующая модернизация до коллайдера высокой светимости позволят исследовать еще более редкие распады бозона Хиггса.

Более 10 лет назад на большом адронном коллайдере была обнаружена «частица бога», также известная как бозон Хиггса. Идентифицировать его распад помогли детекторы ATLAS и CMS в наборах фотонов, z-бозонов и w-бозонов, которые отвечают за передачу электромагнитных и слабых сил.

После первоначального исследования поведения бозона Хиггса ученые продолжали исследовать БАК в поисках свидетельств восьми других типов распада этой частицы в течение последнего десятилетия. Некоторые из них встречаются гораздо реже, чем распад бозона Хиггса на фотоны, z- или w-бозоны. К сожалению, их изучение усложняется тем, что другие мельчайшие частицы распадаются аналогичным образом, что мешало наблюдению очевидного сигнала в предыдущие годы.

Команды исследователей ATLAS и CMS, включая Феррари, сделали открытие, что в определенных редких обстоятельствах — всего 0,15% от общего числа распадов «частиц бога» — бозоны Хиггса могут превращаться в наборы z-бозонов и фотонов. Чтобы исследовать эти случаи, они воспользовались 6% вероятностью того, что при распаде z-бозона образуется пара мюонов, которые тяжелее электронов.

Эти наборы частиц будут обладать точно определенными энергиями и другими характеристиками, что позволит «заметить» их среди остальных событий, возникающих в результате рождения и смерти частиц в БАК. С помощью этих данных ученые тщательно изучили информацию, полученную CMS и ATLAS во время второго оборота коллайдера в период 2015–2018 годов.

Результаты физического исследования информации показали, что такой распад бозона Хиггса имеет место, однако пока статистическая достоверность этих оценок — 99,93% — не вполне соответствует требованиям для окончательного решения этого вопроса. Более того, эксперты столкнулись с доказательствами того, что превращения бозона Хиггса в фотон и z-бозон могут происходить почти в два раза чаще, чем это предсказывает стандартная модель физики частиц.

Выводы Феррари и ее коллег делают последующий мониторинг распадов бозона Хиггса на комбинации фотонов и z-бозонов особенно интересным для физиков, поскольку это может свидетельствовать о существовании «новой физики» за пределами стандартной модели. Вскоре исследователи начнут изучать эти предположения, оценивая информацию, собранную CMS и ATLAS в течение первого года работы БАК после его возобновления в апреле 2022 года.