Вчені експерименту ATLAS знайшли безліч випадків дуже рідкісного виду розпаду бозона Хіггса Z-бозон і фотон

Jun 25 9:00 2020 Друк цієї статті

Ознаками існування бозона Хіггса, зареєстрованими високочутливими датчиками експериментів ATLAS і CMS Великого Адронного Коллайдера, стали випадки розпаду бозона на пари фотонів, W - і Z-бозони. З того часу фізики істотно поглибили розуміння властивостей частинки, яка довгий час була останньою відсутньою частиною Стандартної моделі, завдяки вивченню випадків розпаду бозона Хіггса на пари тау-лептонів і нижнього кварка, в яких були також задіяні і справжні кварки. Однак, і по сей день залишається відкритим питання - чи може бозон Хіггса взаємодіяти з поки що невідомими частинками або видами фундаментальних сил?

Через вісім років з моменту виявлення, вчені експерименту ATLAS зареєстрували близько 90 відсотків видів розпаду бозона Хіггса, які передбачені Стандартною моделлю. Серед видів розпаду, який досить довго вислизав від уваги науковців, є розпад Zy, розпад на Z-бозон і фотон. Цей вид розпаду особливо цікавим для фізиків з-за того, що в ньому бере участь якась важка "віртуальна" (можливо нова) частка. Для пошуків цього виду розпаду вчені використовували набір даних LHC Run-2, в якому міститься майже в чотири рази більше записів про події за участю бозона Хіггса, ніж у наборах даних, зібраних в попередні періоди роботи колайдера.

Згідно з передбаченням Стандартної моделі всього 0.15 відсотків бозонів Хіггса розпадається шляхом Zy, що порівнянно з рівнем розпаду цього бозона на два фотона. Однак, на відміну від фотонів, Z-бозон негайно розпадається на інші частинки, що істотно ускладнює спостереження за всім цим. Про наявність Z-бозонів можна лише здогадатися по характерних слідах їх розпаду, які містять пари електронів або мюонів. З урахуванням чутливості існуючого обладнання тільки 7 відсотків Zy-розпаду бозона Хіггса можуть бути зареєстровані і вивчені, надаючи вченим крупинки безцінної інформації.

Щоб відокремити цікаві події з участю бозона Хіггса від шумів і фонових процесів, вчені експерименту ATLAS виконали спеціальну підгонку розподілу мас при процесі відновлення Z-бозона з слідів його розпаду. Крім цього, вчені розділили події з участю бозона Хіггса на кілька категорій, кожна з яких мала своє значення співвідношення сигналу до шуму. Все це дозволило вченим побудувати свого роду "віртуальне дерево подій", однією з "гілкою" якого був розпад бозона Хіггса фотон і Z-бозон, який, у свою чергу, розпався на пари мюонів або електронів.

Однак, проведений вченими пошук приніс вельми туманні результати, рівень знайдених випадків розпаду Zy виявився в два рази вище рівня, передбаченого Стандартною моделлю. До того ж, результати даних досліджень мають рівень стандартного відхилення 2.2 сигма, в той час, як для визнання результату відкриттям вимагається рівень у 5 сигма. Однак, що є зараз даних вже досить вченим для того, щоб з 95-відсотковою ймовірністю стверджувати, що рівень Zy-розпаду в реальності в 3.6 рази вище рівня, передбаченого Стандартною моделлю. А остаточну крапку над "i" допоможуть поставити лише додаткові дані, які будуть зібрані в майбутньому, і в яких буде міститися більшу кількість записів про випадки Zy-розпаду бозона Хіггса.