ЦЕРН открива доказателства за разпад на Хигс бозона в двойка мюон-антимюон

Ваня Милева Последна промяна на 08 December 2025 в 00:00 5571 0

Сблъсъци протон-протон в ATLAS

Кредит ATLAS Collaboration/CERN
Ляво: Кандидат-бозонът на Хигс се разпада на два мюона (H→μμ). Събитието включва два мюона (червени следи със свързаните с тях мюонни камери, показани като сини кутии със зелени ленти за измерване) с инвариантна маса 125.324 GeV, съответстващи на H → μμ, и два директни джета (жълти конуси). Траекториите на заредените частици във вътрешния детектор са показани като оранжеви линии, а жълто-оранжевите и зелено-циановите кутии представляват енергията, отложена съответно в адронния и електромагнитния калориметър. Дясно: Кандидат- бозонът на Хигс се разпада на фотон и Z бозон, като Z впоследствие се разпада на електрон-позитронна двойка (H → Zγ → eeγ). Фотонът е изобразен с напречен лилав конус, електрон-позитронът - със зелени линии, съответстващи на H → Zγ, и два директни джета (жълтите конуси). Траекториите на заредените частици във вътрешния детектор са изобразени като оранжеви линии. Жълто-оранжевите и зелено-циановите кутии представляват енергията, отложена съответно в адронните и електромагнитните калориметри.

Детекторът ATLAS в ЦЕРН открива доказателства за редки разпади на Хигс-бозона до мюони, което разкрива леко несъответствие с прогнозите на Стандартния модел и може би насочва към нова физика отвъд него.

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. 

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.

Сега ново проучване от изследователите в ЦЕРН комбинира последните две пускания (Run 2 и Run 3) на ATLAS - един от двата детектора с общо предназначение в Големия адронен колайдер (LHC) - за да представи доказателства, че бозонът на Хигс може да се разпадне на двойка мюон-антимюон.

Колаборацията ATLAS използва данни, събрани в третия цикъл на Големия адронен колайдер (LHC). Тези изследвания предлагат задълбочена представа за това доколко поведението на Хигс бозона съответства на Стандартния модел

Проучването, публикувано в Physical Review Letters, отчита значимост от 3,4 стандартни отклонения на излишния сигнал спрямо фона, когато двата цикъла се комбинират - по-високо от предишни доказателства от Compact Muon Solenoid (CMS), което има 3,0 стандартни отклонения.

Механизмът на Хигс и масата

Има основателна причина, поради която физиците търсят този конкретен разпад на бозона на Хигс.

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.

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.

В странния свят на физиката на елементарните частици, където субатомните частици се описват чрез своите "аромати" и частиците, които влизат в контакт със съответните си античастици, се анихилират взаимно, масата на частицата възниква чрез взаимодействия с полето на Хигс.

Според Стандартния модел бозонът на Хигс е проява на полето на Хигс и когато взаимодейства с частица, той "дава" маса на частицата. Разбира се, реалността е по-сложна, но е достатъчно да се каже, че когато физиците наблюдават тези взаимодействия, това подкрепя теорията, че този механизъм на Хигс е отговорен за масата на частицата и че Стандартният модел е валиден.

Силата на тези взаимодействия е пропорционална на масата на взаимодействащата частица, така че частиците със силни взаимодействия имат по-големи маси. Безмасовите частици, от друга страна, изобщо не взаимодействат с полето на Хигс.

Наблюдаван двумюонен инвариантен масспектър, комбиниращ всички категории Run-3Наблюдаван двумюонен инвариантен масспектър, комбиниращ всички категории Run-3. Кредит: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/gzdh-p159

Според Стандартния модел бозонът на Хигс е проява на полето на Хигс и когато взаимодейства с частица, той "дава" маса на частицата. Разбира се, реалността е по-сложна, но е достатъчно да се каже, че когато физиците наблюдават тези взаимодействия, това подкрепя теорията, че този механизъм на Хигс е отговорен за масата на частицата и че Стандартният модел е валиден.

Силата на тези взаимодействия е пропорционална на масата на взаимодействащата частица, така че частиците със силни взаимодействия имат по-големи маси. Безмасовите частици, от друга страна, изобщо не взаимодействат с полето на Хигс.

Заредена частица / античастица неутрино / антинеутрино
Поко-лениеИмеСим-волЗа-рядМаса (GeV)ИмеСим-волЗа-рядМаса (GeV)
I Електрон e - −1 0,000511 Електрон неутрино ν e 0 <0,000003
Анти-електрон (позитрон) e + +1 Електрон анти-неутрино νe
II Мюон μ - −1 0,1056 Мюон неутрино ν μ 0 <0,19
Антимюон μ + +1 Мюон анти-неутрино νμ
III Таон
 (тау-лептон)		 τ - −1 1,777 Тау неутрино ν τ 0 <18,2
Антитаон τ + +1 Тау анти-неутрино ντ

В предишни експерименти физиците са наблюдавали взаимодействия между по-тежки субатомни частици, наричани "фермиони от трето поколение", като горни и долни кварки, и тау лептони чрез взаимодействия, наречени "връзки на Юкава".

"Тези взаимодействия на Хигс бозона с заредени фермиони от трето поколение са твърдо установени. Въпреки това, връзки на Юкава с фермиони от второ поколение все още не е окончателно определено", обясняват авторите на изследването.

Свързване на Хигс-бозон с фермиони от второ поколение

Мюоните са вид фермион от второ поколение – по-леки от фермионите от трето поколение, но все пак по-тежки от фермионите от първо поколение (такива са например електроните). Разпадането на Хигс бозон в двойка мюон-антимюон е ключов тест за механизма на Хигс за фермионите от второ поколение. Сблъсъците протон-протон в ATLAS предоставят перфектна възможност за откриване на това явление.

Въпреки че този разпад е изключително рядък за Хигс бозон, последните данни от ATLAS предоставят още повече доказателства за неговото съществуване и екипът отбелязва, че резултатите им са съвместими с очакванията на Стандартния модел. Допълнителни тестове в ATLAS, както и в CMS, могат още да увеличат доверието в тези резултати и дори да отворят вратата за изследване на Хигс връзките за още по-леки частици.

Справка: G. Aad et al, Evidence for the Dimuon Decay of the Higgs Boson in ???????? Collisions with the ATLAS Detector, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/gzdh-p159

Източник: CERN's ATLAS detects evidence for decay of Higgs boson into muon–antimuon pair, by Krystal Kasal, Phys.org

Още информация:

Ядрени взаимодействия на Юкава

Хидеки Юкава  през 1934 г.  предлага модел  на взаимодействията в ядрото. Според модела на Юкава протоните и неутроните се задържат  с непрекъснат обмен на частици, наречени пиони, между тях. Какво се случва:

  • протон → неутрон

Когато  протон излъчи виртуален положително зареден пион, той "отнема" заряда му и протонът се превръща в неутрон. Пионът отдава положителния си заряд  на неутрон и го превръща в протон.

  • неутрон →  протон

Неутронът пък излъчва отрицателно зареден пион и се превръща в протон, а отрицателният пион се поглъща от протон ,  който се превръща в неутрон.

  • протон →  протон,  неутрон → неутрон

Връзката между два протона или два неутрона се осъществява чрез обмяна на неутрални пиони.

 атоми ядра електрони кварки

Файнманова схема на това как се осъществява силното взаимодействие на нуклоните в ядрото. Връзката им се осъществява чрез изпускане на пион от единия нуклон и последващо го поглъщане от друг нуклон (по аналогия с електромагнитното взаимодействие, което се описва като обмен на виртуални фотони) - в този случай става обмен на мезони (пиони, каони...) Кредит: hyperphysics

Връзката между протоните и неутроните в ядрото става в резултат на обмена на барионни резонанси, които появяват при взаимното застъпване на виртуалните мезонни облаци на нуклоните и последващото поглъщане на мезоните от същите нуклони. В този случай, нуклоните се превръщат един в друг с излъчване на мезон. По този начин, свързаните нуклони в ядрото са неразличими

Анимацията показва една от многото форми глуонни взаимодействия между нуклоните. За взаимодействието би могло да се използва виртуална двойка кварки d-кварк и анти d-кварк, които се възпроизвеждат и анихилират и създават π - мезон (пион), който свързва нуклоните. Кредит: wikipedia

Трябва да се подчертае, че ядреното взаимодействие не е фундаментално - то се осъществява между нефундаментални, съставни частици - протони и неутрони и става чрез нефундаментални бозони (мезони), то е само следствие на силните взаимодействия.

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

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

    Няма коментари към тази новина !