Исследователи из Самары раскрыли тайны распада бозона Хиггса
Учёные из Самарского университета провели исследование механизмов распада бозона Хиггса. По их мнению, полученные результаты помогут углубить знания в области Новой физики и улучшить точность прогнозирования данных, получаемых на современных коллайдерах. Итоги работы были опубликованы в издании Physics of Particles and Nuclei.
Бозон Хиггса — это фундаментальная частица, квант поля Хиггса, которая играет ключевую роль в Стандартной модели физики элементарных частиц, отвечая за придание массы другим частицам. Его открытие в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) стало итогом более чем 40-летних поисков и считается одним из важнейших открытий XXI века, дополнивших Стандартную модель.
Нахождение бозона Хиггса открыло новые горизонты для углубленного изучения его характеристик и распадов, а также вдохновило развитие направлений исследований, связанных с физикой, выходящей за рамки Стандартной модели, включая изучение частиц тёмной материи.
Бозон Хиггса рождается в процессе столкновения протонов на БАК. Его существование продолжается всего доли секунды, после чего он распадается на другие частицы, обнаруживаемые при помощи детекторов. Анализируя следы этих распадов, исследователи подтверждают существование бозона и получают новые данные о его свойствах, используя такие эксперименты, как ATLAS и CMS.
Сотрудники Самарского университета сосредоточились на изучении образования связанных состояний тяжёлых кварков и лептонов в ходе распада бозона Хиггса, а также на изучении основных механизмов этого процесса. Эти исследования были выполнены теоретическими методами, подчеркнул ассистент кафедры общей и теоретической физики Самарского университета Фёдор Мартыненко.
«Для вычисления вероятностей (ширин распада) редких процессов, при которых бозон Хиггса не распадается на свободные частицы, а формирует связанные системы — кварконии (например, чармонии и Bc-мезоны) и лептонии (например, пары мюонов) — мы применяли аппарат квантовой теории поля. Эти расчёты позволяют предсказать вероятность таких распадов, что важно для анализа данных, получаемых современными ускорителями», — отметил он.
По словам Фёдора Мартыненко, исследование подобных необычных каналов распада имеет несколько важных значений. В первую очередь, это повышает точность определения силы взаимодействия бозона Хиггса с тяжёлыми элементарными частицами, поскольку распады в связанные состояния служат весьма точным инструментом измерений.
«Кроме того, результаты работы способствуют поиску Новой физики. Любые обнаруженные расхождения между теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными могут указывать на наличие новых, ещё неизвестных частиц или взаимодействий, выходящих за рамки Стандартной модели», — пояснил он.
Теоретические прогнозы, разработанные учёными, создают базу для будущих исследований на коллайдерах нового поколения. Увеличение объёма статистики и повышения точности, которое ожидается после модернизации Большого адронного коллайдера (HL-LHC), откроет возможность для поиска этих редких процессов. Однако более детальное их исследование станет возможным на будущих электрон-позитронных «фабриках Хиггса», таких как FCC (Будущий циркулярный коллайдер), ILC, CLIC и CEPC. Именно на этих устройствах, способных производить большое количество бозонов Хиггса, учёные смогут наблюдать подобные редкие распады.