CERN praneša apie neįprastą Higgso bozono elgesį – naujai gauti rezultatai turi lemiamą reikšmę fundamentinei fizikai

40-oje ICHEP konferencijoje, ATLAS ir CMS eksperimentai pranešė naujus rezultatus, rodančius, kad Higgso bozonas skyla į du miuonus. Miuonas yra sunkesnė elektrono versija, viena iš elementariųjų dalelių, sudarančių Visatos medžiagą. Elektronai yra priskiriami pirmajai dalelių kartai, o miuonai priklauso antrajai.

Higgso bozono skilimas į miuonus yra retas reiškinys – taip skyla tik vienas iš 5000 Higgso bozonų. Šie naujai gauti rezultatai turi lemiamą reikšmę fundamentinei fizikai, nes pirmą kartą parodo, kad Higgso bozonas sąveikauja su antrosios kartos elementariosiomis dalelėmis.

CERN fizikai Higgso bozoną tiria nuo pat jo atradimo 2012 metais, siekdami ištirti šios ypatingos dalelės savybes. Higgso bozonas, sukurtas iš LHC susiduriančių protonų, beveik iš karto skyla į kitas daleles. Vienas iš svarbiausių Higgso bozono savybių tyrimo metodų yra jo skilimų į įvairias fundamentaliąsias daleles analizė ir spartos matavimas.

CMS pasiekė šio skilimo 3 sigma patikimumą, o tai reiškia, kad tikimybė, kad užfiksuotas ne Higgso bozono skilimas į miuonų porą, o tiesiog statistinė fluktuacija, yra mažesnė nei 1/700. ATLAS dviejų sigmų rezultatas reiškia, kad tikimybė yra 1/40. Abiejų rezultatų sujungimas reikšmingumą padidina gerokai virš 3 sigma ir pateikia stiprius Higgso bozono skilimo į du miuonus įrodymus.

„CMS didžiuojasi pasiekusi tokį Higgso bozonų skilimo į du miuonus jautrumą, ir parodžiusi pirmuosius eksperimentinius šio proceso įrodymus. Panašu, Higgso bozonas sąveikauja ir su antrosios kartos dalelėmis, kaip aprašoma standartiname modelyje. Šis rezultatas dar bus patikslintas duomenimis, kuriuos tikimės surinkti per kitas bandymų serijas,“ sakė Roberto Carlin, CMS eksperimento atstovas.

Higgso bozonas yra Higgos lauko, suteikiančio su juo Brout-Englert-Higgs mechanizmu sąveikaujančioms dalelėms masę, kvantas. Matuodami Higgso skilimo į skirtingas daleles, spartą, fizikai gali išmatuoti jų sąveikos su Higgso lauku stiprį: kuo dažniau pasitaiko skilimas į konkrečią dalelę, tuo stipresnė jos sąveika su lauku. Kol kas , ATLAS ir CMS eksperimentai fiksavo Higgso bozono skilimą į skirtingus bozonų tipus, pavyzdžiui W ir Z bozonus, bei sunkesnius fermionus, tokius, kaip τ leptonus. Sąveika su sunkiausiais kvarkais, \(t\) ir \(b\), buvo išmatuota 2018. Miuonai yra daug lengvesni ir su Higgso lauku sąveikauja silpniau. Taigi, Higgso bozono ir miuonų sąveika LHC anksčiau nebuvo užfiksuota.

„Šis Higgso bozono skilimo į antros kartos materijos daleles įrodymas papildo itin sėkmingą 2 Paleidimo Higgso fizikos programą. Higgso bozono savybių matavimai pasiekė naują tikslumo stadiją ir gali būti išmatuoti retieji skilimai. Šie pasiekimai remiasi dideliu LHC duomenų rinkiniu, išskirtiniu ATLAS detektoriaus efektyvumu ir našumu bei naujų analizavimo technologijų naudojimu,“ pažymėjo ATLAS atstovas Karlas Jakobsas.

Šiuos tyrimus apsunkina tai, kad LHC kiekvienam Higgso bozono skilimui į du miuonus tenka tūkstančiai miuonų porų, atsirandančių vykstant kitiems procesams, kurių pėdsakas panašus į prognozuojamą eksperimento žymę. Būdinga Higgso skilimo į du miuonus žymė yra nedidelis įvykių perteklius besigrupuojantis šalia miounų poros masės 125 GeV, kuri yra Higgso bozono masė. Izoliuoti Higgso bozoną skilimo į miuonų poros sąveikas nelengva. Tam reikia, kad abu eksperimentai matuotų Higgso bozono skilimo į miuonų porą kandidatų energiją, momentą ir kampus. Be to, analizės jautrumas buvo pagerintas tokiais metodais, kaip sudėtingos foninio modeliavimo strategijos ir kitomis pažangiomis technikomis, pavyzdžiui, mašininio mokymosi algoritmais. CMS apjungė keturias atskiras analizes, optimizuotas kategorizuoti fizikos įvykius su galimais specifinių Higgso bozonų generavimo signalais. ATLAS savo užfiksuotus įvykius padalino į 20 kategorijų, pritaikytų specifiniams Higgso bozonų sukūrimo būdams.

Gauti rezultatai, kol kas sutampantys su standartino modelio prognozėmis, gauti iš visų Antrojo LHC paleidimo duomenų. Kitoje dalelių greitintuvo bandymų stadijoje surinktais duomenimis ir Didelio Šviesingumo LHC, ATLAS ir CMS sandarbiai tiksi pasiekti reikiamą Higgso bozono skilimo į du miuonus patvirtinimui reikiamą jautrumą (5 sigma) ir apriboti galimas teorijas už standartino modelio ribų, kurios galėtų paneigti tokį Higgso bozono skilimą.

Protono-protono susidūrimu gauto Higgso bozono skilimas į miuonų porą s√=13TeV: cds.cern.ch/record/2725423

Standartinio modelio dimiuoninio Higgso bozono skilimo paieška ATLAS detektoriumi: arxiv.org/abs/2007.07830 Provided by CERN