6 років після відкриття: у ЦЕРН вперше зафіксували розпад Бозона Хіггса на нижні кварки [оновлено]

Женева, 28 серпня – через шість років з моменту відкриття унікальної квантової частинки, дослідники вперше побачили розпад бозона Хіггса (ред. – Гіґґса) на фундаментальні частинки, відомі як нижні кварки.

Про нове відкриття у CERN сьогодні повідомили два об’єднання дослідників з експериментів ATLAS та CMS, які є частиною Великого адронного колайдера (ВАК). За словами вчених, їхня знахідка відповідає гіпотезі про те, що всепроникливе квантове поле Гіґґса наділяє нижній кварк масою.

Обидві команди опублікували свої результати 28 серпня.

Прогнози Стандартної моделі

Стандартна модель квантової фізики передбачає, що близько в 60% випадків бозон Гіґґса розпадається на пару нижніх кварків. Остання квантова частинка є другою найважчою серед шести “ароматів” кварків.

Перевірка цієї гіпотези є надзвичайно важливою, оскільки результат або має підтримати засади Стандартної моделі – теорія стверджує, що поле Гіґґса наділяє кварки та інші фундаментальні частинки матерії масою – або підірве її основи, вказуючи на необхідність перейти до розробки “нової фізики”.

“Ці спостереження є неабияким досягненням у дослідженні бозона Гіґґса,”

зазначив Карл Якобс, речник команди дослідників експерименту ATLAS –

“ATLAS тепер спостерігав усі парні перетворення бозона Гіґґса на важкі кварки та лептони третього покоління, зокрема усі головні варіації утворення.”

Відкриття поширеного каналу розпаду бозонів Гіґґса потребувало аж шість років спостережень, які минули з моменту повідомлення про відкриття легендарного бозона.

Складність полягала в тому, що квантова механіка дозволяє отримати нижні кварки під час багатьох інших випадків зіштовхування протонів у прискорювачі. Через це фізикам було складно ізолювати розпад саме бозона Гіґґса серед фонового “шуму”, який виникає в процесі. Дослідники відзначають, що менш поширений механізм розпаду вже спостерігався на момент відкриття гіґґсівського бозона, однак тоді вони мали справу з розпадом на пари фотонів, який значно простіше зафіксувати на детекторі.

Сигнали з ATLAS та CMS

Щоби виокремити сигнал, команди детекторів ATLAS та CMS поєднали масив даних, зібраних під час першого та другого запуску ВАКа, які забезпечили зіштовхування частинок з енергіями 7, 8 та 13 ТеВ (тераелектронвольт – кількість кінетичної енергії).

Кандидат на розпа бозона Хіггса детектор CMS
Подія-кандидат з розпадом бозона Гіґґса (H) на два нижні кварки (b) та розпадом Z бозона на електрон та антиелектрон. Джерело: CMS/CERN

Коли фізики застосували серію складних алгоритмів з обробки даних, вони зафіксували сліди розпаду бозона Гіґґса на пару нижніх кварків в обох детекторах зі статистичною значущістю, яка перевищила 5 стандартних відхилень.

Обидві команди також визначили інтенсивність розпаду, і вона цілком збіглася з прогнозами Стандартної моделі в межах отриманої похибки вимірювань.

“З моменту перших спостережень в окремому експерименті з розпаду бозона Гіґґса на тау-лептони рік тому, команда CMS разом з нашими колегами з ATLAS спостерігала перетворення бозона Гіґґса на найважчі ферміони: тау, верхній кварк, а тепер і нижній кварк,”

– розповів Джоель Батлер, речник команди дослідників експерименту CMS –

“Чудова ефективність ВАК’а та сучасні алгоритми машинного навчання дозволили нам досягнути цих результатів раніше, ніж очікувалося.”

Обидві команди впевнені, що зможуть підвищити точність своїх вимірювань на більшій кількості даних та зафіксувати розпад бозона Гіґґса на пари менш масивних ферміонів, які звуть мюонами. Фізики не виключають, що у масивах даних можуть знайтись відхилення, які вкажуть на частину фізика, що знаходиться за межами Стандартної моделі.

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або