Физики ATLAS зафиксировали редчайшие распады бозона Хиггса

Результаты были представлены на конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий в Марселе. Они могут стать ключом к открытию новых частиц и расширению границ современной физики.

Почему это важно?

Бозон Хиггса был открыт в 2012 году и стал центральной частью Стандартной модели — теории, объясняющей, как частицы получают массу. Однако редкие распады, вроде тех, что зафиксированы сейчас, дают шанс заглянуть за пределы этой модели. Они могут указать на существование новых частиц или взаимодействий, которые пока не описаны физикой.

Что именно нашли?

Распад в пару мюонов (H → мюоны)
Мюоны — тяжелые «родственники» электронов. Распад Хиггса в мюоны подтверждает, что бозон взаимодействует не только с тяжелыми частицами, но и с более легкими, второго поколения. Это важно для понимания того, как масса распределяется между разными типами частиц.

Ученые обнаружили небольшой пик в данных — признак этого редкого распада. Сигнал имеет высокую статистическую значимость, что говорит о достоверности наблюдения.

Распад в Z-бозон и фотон (H → Z и γ)
Этот распад еще сложнее для обнаружения. Он происходит через так называемую «петлю» — промежуточные виртуальные частицы, которые могут включать и пока неизвестные элементы. Наблюдение такого распада может указывать на новую физику за пределами Стандартной модели, например на темную материю или суперсимметрию.

Как это сделали?

Большой адронный коллайдер (БАК). На нем сталкиваются протоны с огромной энергией, в результате чего рождаются бозоны Хиггса. Сам Хиггс живет доли секунды, поэтому его невозможно увидеть напрямую — ученые анализируют следы его распада.

Методы анализа проходили так:

• ученые отделяли нужные события от «шума» — других похожих процессов.

• для фотонных распадов применяли машинное обучение, чтобы отличать фотоны от других частиц.

• объединяли данные с разных периодов работы коллайдера, чтобы увеличить точность.

«Такие распады происходят крайне редко, их трудно «поймать», к тому же множество других процессов создают похожие сигналы, маскируя нужный. Технически сложно точно определить, что перед нами — особенно в случае с фотонами и Z-бозонами», — отмечают ученые

Хотя данные очень обнадеживающие, пока они не достигают формального порога открытия. Ученые ждут новых результатов с улучшенной версии коллайдера, которая начнкт работу в 2026 году. Это даст возможность подтвердить находки и, возможно, сделать следующий шаг к разгадке природы материи.