От мюонных пар до фотонных сигналов: коллаборация ATLAS в ЦЕРНе приближается к исследованию редчайших распадов бозона Хиггса, открывая новые пути к исследованию структуры Вселенной.
Концептуальное изображение распада бозона Хиггса.
koto_feja/Getty Images
Представьте себе частицу, настолько неуловимую и редкую, что её трудно даже мельком увидеть. Именно с такой проблемой сталкиваются исследователи, пытаясь изучить бозон Хиггса, фундаментальную частицу, также называемую частицей Бога, ответственную за придание массы другим частицам.
Однако недавние достижения проекта ATLAS в ЦЕРНе позволили раскрыть некоторые из его самых загадочных особенностей, включая два невероятно редких распада.
Эти распады, в которых бозон Хиггса превращается в пару мюонов (H→μμ) или Z-бозон и фотон (H→Zγ), настолько редки, что происходят лишь в одном случае из нескольких тысяч распадов Хиггса.
Исследование может проложить путь к открытию неизвестных частиц и помочь нам раскрыть различные тайны, связанные с частицей Бога.
Улавливание редких распадов с высокой уверенностью
Обнаружение этих редких распадов было непростым делом. Группа учёных ATLAS, работающая на Большом адронном коллайдере (БАК) ЦЕРНа, потратила годы на сбор данных в ходе своих экспериментов. Первой проблемой, с которой они столкнулись, стала редкость этих событий.
Распад бозона Хиггса на мюоны происходит лишь примерно в одном случае из 5000. Поэтому команде пришлось искать слабый сигнал среди огромного фонового шума, вызванного взаимодействиями других частиц.
Чтобы повысить эффективность поиска, учёные объединили данные, полученные во время второго и третьего сеансов LHC, что позволило получить более полную картину. Используя эти улучшенные данные, исследователи ATLAS применили передовые методы для фильтрации фонового шума и сосредоточились на событиях, демонстрирующих признаки редких распадов бозона Хиггса.
В случае H→μμ они искали небольшой скачок массы мюонной пары, как раз при 125 ГэВ, известной массе бозона Хиггса. Распад H→Zγ представлял собой ещё более сложную задачу.
Новые методы повышения чувствительности поиска
Z-бозон, который рождается в этом распаде, распадается на электронные или мюонные пары лишь примерно в шести процентах случаев, а фотоны, как известно, трудно отличить от струй частиц, созданных в других процессах.
Здесь ATLAS разработала новые методы анализа для повышения чувствительности поиска. Категоризируя события на основе способа получения бозона Хиггса и уточнив критерии отбора, команда смогла получить более чёткий сигнал.
Их упорный труд окупился: для распада H→μμ они достигли значения значимости стандартного отклонения 3,4, что означает, что результат вряд ли (один из 3000) является статистической случайностью.
Это стало значительным улучшением по сравнению с предыдущими результатами, которые показали лишь намёк на распад на уровне двух стандартных отклонений. Для распада H→Zγ команда обнаружила избыточный сигнал с 2,5 стандартными отклонениями, что также стало важным шагом вперёд по сравнению с предыдущими результатами.
Еще одна дверь, ведущая за пределы Стандартной модели
Эти прорывы могут иметь широкомасштабные последствия. Обнаружив редкие распады, коллаборация ATLAS открывает путь к исследованию физики за пределами Стандартной модели. Неизвестные частицы, участвующие в распаде H→Zγ, могут быть признаком ещё не изученной физики.
Однако проблемы всё ещё существуют. Хотя эти результаты новаторские, они пока не окончательные. В будущем исследователи ATLAS планируют глубже изучить редкие распады бозона Хиггса, используя ещё больше данных, полученных в ходе будущих сеансов на БАК.
Группа ученых надеется, что будущие данные не только подтвердят эти выводы, но и откроют больше подробностей о том, как бозон Хиггса взаимодействует с другими частицами, особенно с теми, которые изучены не так подробно, например, с фермионами второго поколения.
Более подробно об этих двух распадах можно прочитать здесь и здесь.
Sourse: interestingengineering.com
