Рядък разпад на бозона на Хигс може да сочи към физика отвъд Стандартния модел

Ваня Милева Последна промяна на 29 януари 2024 в 00:00 6498 0

За първи път физици на елементарните частици откриват ново разпадане на Хигс бозона, което разкрива леко несъответствие с прогнозите на Стандартния модел и може би насочва към нова физика отвъд него

Кредит CERN LHC

За първи път физици на елементарните частици откриват ново разпадане на Хигс бозона, което разкрива леко несъответствие с прогнозите на Стандартния модел и може би насочва към нова физика отвъд него.

За първи път физици на елементарните частици откриват ново разпадане на Хигс бозона, което разкрива леко несъответствие с прогнозите на Стандартния модел и може би насочва към нова физика отвъд него.

Откритията са публикувани в списание Physical Review Letters.

Хигс бозонът, предсказан теоретично още през 60-те години на миналия век, бе окончателно открит през 2012 г. в Големия адронен колайдер на Европейската лаборатория ЦЕРН. В качеството си на квантово поле той прониква в цялото пространство, през което се движат други частици, придобивайки маса чрез взаимодействието си с полето на Хигс, което може да се представи грубо като вид съпротивление на тяхното движение.

Много от свойствата на Хигс бозона, включително как той взаимодейства с други частици и свързаните с тях полета, вече са измерени и съответстват на прогнозите на Стандартния модел.

Но един от начините на разпад на Хигс, който все още не е изследван, е теоретичното предсказание, че Хигс бозонът понякога се разпада и произвежда фотон, квант на светлината, и Z бозон, който е незаредена частица, която заедно с двата W бозона предава слабата сила - една от четирите фундаментални сили.

Прочете повече: "Бозоните и фундаменталните взаимодействия".

Бозонът на Хигс бе открит от екипите на детекторите ATLAS и CMS в Големия адронен колайдер чрез разпадането му на двойки фотони, W бозони и Z бозони. Оттогава физиците в тези експерименти са научили много за свойствата на Хигс бозона чрез изследване на различните му процеси на производство и разпад. Установени разпади на двойки тау лептони и дънни кварки, както и свързване с горни кварки. Остава обаче въпросът дали бозонът на Хигс може да взаимодейства с все още неизвестни частици или сили.

Осем години след откриването си, ATLAS е наблюдавал почти 90% от всички разпади на Хигс-бозон, предвидени от Стандартния модел. Рядък разпад на бозона на Хигс, който все още не е наблюдаван, е този до Z бозон и фотон (Zγ). Този разпад е от особен интерес за физиците, тъй като протича чрез процеси, включващи тежки "виртуални"(вероятно нови) частици, които биха могли да променят неговата скорост.

Сътрудничеството ATLAS публикува резултат, търсещ разпада на Хигс-бозона до Zγ . Този резултат използва пълния набор от данни от втория циукъл на работа (Run 2) на Големия адронен колайдер, анализирайки почти четири пъти повече събития на Хигс-бозона от предишния резултат на ATLAS.

Претеглено разпределение на масата на Z-фотон(γ) на събитията, отговарящи на селекцията H→Zγ в данните. Събитията са претеглени по очаквания сигнал и фон в прозорец с маса Zγ, съдържащ 68 % от очаквания сигнал. Плътната синя крива показва напасването на модела на сигнала плюс фона, докато пунктираната линия показва модела на фоновата компонента на напасването. Кредит: ATLAS Collaboration/CERN

Големият адронен колайдер в ЦЕРН е високоенергиен ускорител на частици близо до Женева, Швейцария, в който циркулират протони в противоположни посоки, които се насочвата да се сблъскват в определени точки на детектора, милиони пъти в секунда.

При този експеримент енергията на сблъсъка на двата протона е 13 трилиона електронволта, малко под сегашния максимум на машината, който в по-близки единици е 2,1 микроджаула. Това е приблизително кинетичната енергия на средностатистически комар или на зрънце сол, което се движи със скорост един метър в секунда.

Теорията предвижда, че около 15 пъти на 10 000 разпадания Хигс бозонът трябва да се разпадне на Z бозон и фотон - най-рядкото разпадане в Стандартния модел. Това става, като първо се произвежда двойка топ кварки или двойка W бозони, които след това се разпадат на Z и фотон.

Диаграми на Файнман за разпад H → Zγ. Кредит: Creative Commons Attribution 4.0 International

Сътрудничеството на Atlas/CMS между повече от 9000 учени, установи "коефициент на отклонение" или част от разпадите от 34 пъти на 10 000 разпада, плюс или минус 11 на 10 000 - 2,2 пъти повече от теоретичната стойност.

Измерената фракция е твърде голяма - 3,4 стандартни отклонения над теоретичната стойност, което все още е твърде малко, за да се изключи статистическа случайност. Сравнително голямата разлика подсказва възможността за значимо разминаване с теорията, което може да се дължи на физика извън Стандартния модел - нови частици, които са посредници, различни от топ кварка и W бозона.

Една от възможностите за физика отвъд Стандартния модел е суперсиметрията - теория, която предполага симетрия - връзка - между частици с половин спин, наречени фермиони, и частици с цял спин, наречени бозони, като всяка известна частица има партньор със спин, различаващ се с половин цяло число. 

Прочете повече: "Как доказването на Суперсиметрията може да промени разбирането ни за Вселената"

Много физици теоретици отдавна са привърженици на суперсиметрията, тъй като тя би разрешила много главоблъсканици, които тормозят Стандартния модел, като например голямата разлика (1024) между силата на слабото взаимодействие и гравитацията или защо масата на Хигс бозона, около 125 гигаелектронволта (GeV), е много по-малка от енергийната скала на голямото обединение, която е около 1016 GeV.

В експеримента масивният Z-бозон се разпада за около 3 × 10-25 секунди, много преди да достигне до детектор. Така че експериментаторите компенсират, като разгледаха енергията на двата електрона или двата мюона, които разпадът на Z би произвел, изисквайки тяхната обща маса да бъде по-голяма от 50 GeV, което е значителна част от масата на Z от 91 GeV.

"Този много добър резултат е постигнат в сътрудничество със CMS. Според прогнозата на Стандартния модел това е най-рядкото крайно състояние на Хигс бозона, за което видяхме първите доказателства", коментира Андреас Хьокер (Andreas Hoecker), говорител на колаборацията ATLAS.

"Разпадът се осъществява чрез квантови примки и по този начин е чувствителен към нова физика по подобен, но не съвсем същия начин като двуфотонния разпад, който допринесе за откриването на Хигс бозона от ATLAS и CMS през 2012 г."

"Този резултат е впечатляващ по няколко причини - добавя Моника Дънфорд (Monica Dunford) от колаборацията CMS. "Експериментално сме в състояние да измерим с такава прецизност тези много редки процеси. Те са мощна проверка на Стандартния модел и на възможните теории извън него."

Дънфорд допълва, че групите са получили нови данни по време на третия цикъл в ЦЕРН, който започна през юли 2022 г., с обща енергия 13,6 TeV. Още повече данни ще дойдат от Големия адронен колайдер с висока яркост, който ще осигури около пет пъти повече протон-протонни сблъсъци в секунда. Предвижда се HL-LHC да влезе в експлоатация през 2028 г.

"Тези резултати са предварителен преглед на това, което ще продължим да получаваме", отбелязва Дънфорд.

Справка: G. Aad et al, Evidence for the Higgs Boson Decay to a Z Boson and a Photon at the LHC, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.021803https://arxiv.org/abs/2005.05382 

Източник: 

ATLAS searches for rare Higgs boson decays into a photon and a Z boson, ATLAS Collaboration

Rare decay of the Higgs boson may point to physics beyond the Standard Model, David Appell, Phys.org

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !