Нові результати колаборацій ATLAS і CMS на Великому адронному колайдері (LHC) у CERN дають привабливий натяк на те, що бозони Гіґґса можуть взаємодіяти один з одним. Про це повідомляє ресурс Sci.News. Такий процес, відомий як подвійне народження Гіґґса, є ключем до перевірки повноти Стандартної моделі та до розуміння стабільності вакууму Всесвіту.
Відкриття бозона Гіґґса у 2012 році на LHC стало початком нової ери у фізиці елементарних частинок. Відтоді експерименти ATLAS і CMS детально вивчають, як цей бозон взаємодіє з іншими частинками — саме через ці взаємодії вони набувають маси. Однак безпосередню взаємодію бозона Гіґґса із самим собою досі не спостерігали.
Фізики наголошують, що вимірювання такої самовзаємодії не лише перевіряє межі Стандартної моделі, а й може пролити світло на те, чи є вакуум нашого Всесвіту стабільним у довгостроковій перспективі.
Надзвичайно рідкісний процес
Головна складність у пошуку подвійного народження бозона Гіґґса полягає в його винятковій рідкісності. Точна частота цього процесу ще не визначена експериментально, але за розрахунками Стандартної моделі на приблизно 1 500 одиночних бозонів Гіґґса припадає лише одна пара бозонів Гіґґса.
Щоб виявити такі події, команди ATLAS і CMS шукають сліди розпаду двох бозонів Гіґґса на інші частинки. У новому аналізі вони зосередилися на конкретному каналі розпаду: один бозон Гіґґса розпадається на нижній кварк (bottom quark) та антикварк, а інший — на тау-лептон і антитау-частинку. Цей канал вважається одним із найкращих для вивчення подвійного народження Гіґґса.
Комбінація даних і машинне навчання
Раніше фізики вже шукали подвійне народження Гіґґса, аналізуючи дані попередніх запусків LHC. Тепер вони об’єднали ці дані з результатами третього, найсвіжішого запуску колайдера та застосували нові методи машинного навчання для аналізу подій розпаду на дві нижні кваркові пари та дві тау-частинки.
Завдяки цьому вдалося виявити більше подій, які узгоджуються з очікуваною картиною подвійного народження бозона Гіґґса. Водночас кількість таких подій усе ще недостатня, щоб оголосити про беззаперечне спостереження процесу.
Попри це, дослідники змогли суттєво посилити обмеження на ймовірну частоту подвійного народження Гіґґса та на параметри, що описують його самовзаємодію.
Статистичний надлишок і нові обмеження
Команда ATLAS зафіксувала надлишок у 2,6 стандартного відхилення порівняно з тим, що очікувалося б, якби подвійне народження бозона Гіґґса не відбувалося. Це означає, що дані натякають на утворення пар бозонів Гіґґса, але статистичної значущості ще недостатньо для офіційного відкриття.
Команда CMS, зі свого боку, змогла виключити сценарії, у яких частота подвійного народження Гіґґса перевищує приблизно у чотири рази поточний теоретичний прогноз Стандартної моделі. Обидві колаборації також встановили нові межі для параметра самозв’язку Гіґґса — величини, що визначає, наскільки сильно один бозон Гіґґса взаємодіє з іншим.
Що далі для пошуку подвійного Гіґґса
Науковці зазначають, що отримані результати є обнадійливим сигналом перед майбутніми аналізами, які поєднають повні набори даних другого та третього запусків LHC і всі можливі канали розпаду. Це може дати значно повнішу картину подвійного народження бозона Гіґґса.
У довшій перспективі вирішальну роль має відіграти модернізований колайдер High-Luminosity LHC. Він забезпечить значно більшу кількість зіткнень протонів, що дозволить зібрати приблизно у шість разів більше даних, ніж зараз. Це суттєво підвищить шанси експериментів ATLAS і CMS нарешті безпосередньо спостерігати утворення пар бозонів Гіґґса та точніше виміряти їхню самовзаємодію.