Физици от ЦЕРН публикуваха нови резултати за свойствата на Хигс бозона

На 4 юли 2012 г. физици от колаборациите ATLAS и CMS в Големия адронен колайдер на ЦЕРН обявяват наблюдението на Хигс бозон с маса от около 125 GeV (гигаелектронволта). Десет години по-късно и с данните, съответстващи на производството на 30 пъти по-голям брой бозони на Хигс, изследователите на ATLAS и CMS са научили много повече за свойствата на елементарната частица.

Техните резултати, представени в две статии, публикувани в списание Nature, показват, че свойствата на частицата са забележително съвместими с тези на Хигс бозона, предсказан от Стандартния модел на физиката на частиците. Те също така показват, че частицата все повече се превръща в мощно средство за търсене на нови, непознати явления, които - ако бъдат открити - биха могли да помогнат да се хвърли светлина върху някои от най-големите загадки на физиката, като природата на мистериозната тъмна материя, присъстваща във Вселената.

Стандартният модел на физиката на елементарните частици описва известните фундаментални частици и сили, които изграждат нашата Вселена, с изключение на гравитацията.

Една от централните характеристики на Стандартния модел е поле, което прониква в цялото пространство и взаимодейства с фундаменталните частици.

Квантовото възбуждане на това поле, известно като полето на Хигс, се проявява като бозона на Хигс, единствената фундаментална частица без спин.

През 2012 г. частица със свойства, съответстващи на бозона на Хигс, бе наблюдавана от експериментите ATLAS и CMS в Големия адронен колайдер (LHC).

Оттогава повече от 30 пъти повече Хигс бозони са записани от експериментите, което позволява много по-прецизни измервания и нови тестове на теорията.

„Хигс бозонът е проявлението на частиците на всепроникващо квантово поле, известно като полето на Хигс, което е фундаментално за описването на Вселената, каквато я познаваме“, отбелязват физиците.

„Без това поле елементарни частици като кварките - съставни части на протоните и неутроните на атомните ядра - както и електроните, които заобикалят ядрата, не биха имали маса, както и тежките частици (W бизоните), които са заредените носители на слабото взаимодействие, което инициира ядрената реакция, захранваща Слънцето.

За да изследват пълния потенциал на данните от LHC за изследване на бозона на Хигс, включително неговите взаимодействия с други частици, ATLAS и CMS комбинират многобройни допълващи се процеси, при които бозонът на Хигс се произвежда и разпада на други елементарни частици.

Всеки от техните пълни набори от данни LHC Run 2 (между 2015 г. и 2018 г.) включва над 10 000 трилиона протон-протонни сблъсъци и около 8 милиона Хигс бозона.

Всяко от изследванията комбинира безпрецедентен брой и разнообразие от процеси на производство и разпадане на Хигс бозон, за да се получи най-прецизният и подробен набор от измервания до момента на техните скорости, както и на взаимодействията на Хигс бозона с други частици.

Всички измервания са забележително съвместими с прогнозите на Стандартния модел в рамките на диапазон от несигурности, зависещи, наред с други критерии, от количеството на данните на даден процес.

За силата на взаимодействие на Хигс бозона с носителите на слабата сила се постига несигурност от 6%.

За сравнение, подобни анализи с пълните набори от данни от Run 1 водят до 15% несигурност за тази сила на взаимодействие.

Как частиците придобиват маса в полето на Хигс

^{Eдна опростена аналогия:
Представете си, че цялата Вселена е пълна до горе с пластична глина, през която си проправят път безмасовите частици – по по-бързите изпитват по-малко съпротивление, по-бавните – стават по-масивни, а тези, които се движат със скоростта на светлината минават, без да бъдат повлияни.}

„След само десет години изследване на бозона на Хигс в LHC, експериментите ATLAS и CMS предоставят подробна карта на неговите взаимодействия с носителите на сила и частиците на материята“, заявява д-р Андреас Хьокер (Andreas Hoecker), говорител на колаборацията ATLAS.

„Хигс бозонът е пряко свързан с много дълбоки въпроси, свързани с еволюцията на ранната Вселена и нейната стабилност, както и с поразителните закономерности на масата на частиците материя.“

„Причините за това постижение са многобройни и включват изключителните характеристики на LHC и на детекторите ATLAS и CMS, както и използваните гениални техники за анализ на данни“, подчертава говорителят на CMS д-р Лука Малгери ().

Новите комбинирани анализи предоставят, наред с други нови резултати, строги граници за взаимодействието на Хигс бозона със самия себе си, а също и за нови, неизвестни явления отвъд Стандартния модел, като например разпадането на Хигс бозона на невидими частици, които могат да съставляват тъмна материя.

Справка:

ATLAS Collaboration. A detailed map of Higgs boson interactions by the ATLAS experiment ten years after the discovery. Nature, published online July 4, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-04893-w

CMS Collaboration. A portrait of the Higgs boson by the CMS experiment ten years after the discovery. Nature, published online July 4, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-04892-x

Източник: CERN Physicists Release Most Up-To-Date Results on Higgs Boson’s Properties, News Staff, Sci-News.com

Още по темата

09/06/2022

Физика

Физици откриват неуловима нова частица чрез настолен експеримент

25/05/2022

Физика

Антипротони в свръхфлуид: Хибридният атом от антиматерия и материя се държи по неочакван начин

25/03/2022

Физика

Масивните гравитони - връстници на Хигс бозона и подходящи кандидати за тъмна материя?

19/01/2022

Физика

Стандартен модел на елементарните частици: Абсолютно невероятната теория на почти всичко