Физика элементарных частиц — это изучение элементарных частиц и их взаимодействий, формирующее основу нашего понимания Вселенной. Недавно был сделан крупный прорыв в этой области, когда были обнаружены первые признаки редкого распада бозона Хиггса на фотон и Z-бозон. Это открытие может раскрыть существование неизвестных частиц и проложить путь к новым теориям в физике.
Бозон Хиггса, фундаментальная частица, придающая массу другим частицам, которую часто называют «частицей Бога», был обнаружен в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе. С тех пор ATLAS и CMS неустанно работали над изучением свойств этой уникальной частицы и определением различных способов ее образования и распада на другие частицы.
Распад частиц — обычное явление в квантовом мире, но уловить эти мимолетные моменты — настоящая проблема. Подсчитав следы после распада частицы в коллайдерном потоке, физики могут получить представление о том, как частицы трансформируются во время этого процесса и ненадолго проявляются в новых формах.
Недавно физики обнаружили первые признаки редкого превращения бозона Хиггса в фотон и Z-бозон. Хотя результаты еще далеки от того, чтобы считаться значимыми, они дают первое свидетельство этого чрезвычайно редкого процесса. Об этом открытии было объявлено на конференции LHC Physics, которая проходила в Белграде с 22 по 26 мая 2023 года.
Скрытый распад
Распад бозона Хиггса на фотон и Z-бозон — редкий и сложный процесс, предсказываемый Стандартной моделью физики элементарных частиц с вероятностью примерно один к тысяче, или около 0,15% всех распадов бозона Хиггса. Любое отклонение от этой цифры может поддерживать альтернативные модели.
Как упоминалось ранее, бозон Хиггса — это фундаментальная частица, которая придает массу другим частицам.
Обратите внимание: Большой адронный коллайдер обнаружил новые частицы.
Когда он распадается, он превращается в другие частицы. В данном конкретном случае он распадается на фотон — безмассовую частицу света и Z-бозон — частицу, несущую слабое взаимодействие (одну из четырех фундаментальных сил природы), остальные — гравитацию, электромагнетизм и сильное взаимодействие. Он отвечает за некоторые виды радиоактивного распада, такие как бета-распад, при котором нейтрон превращается в протон.Однако бозон Хиггса не распадается непосредственно на эти две частицы. Вместо этого распад происходит через промежуточный цикл «виртуальных» частиц, которые появляются и исчезают и не могут быть обнаружены напрямую.
Открытие этого редкого распада бозона Хиггса важно, потому что оно может дать ключ к разгадке существования новых частиц и новых сил, не предсказанных Стандартной моделью, таких как темная энергия, которая «растягивает» пространство. Вот почему физики так заинтересованы в изучении этих распадов бозона Хиггса.
Необходимые дополнительные данные
Чтобы обнаружить первые признаки этого распада, физикам пришлось проанализировать огромное количество данных, полученных за несколько лет столкновений протонов на двух разных детекторах LHC — ATLAS и CMS.
Они использовали передовые методы машинного обучения, чтобы отделить сигнальные события (связанные с этим распадом бозона Хиггса) от фонового шума событий. Объединив наборы данных, собранные во время второго раунда экспериментов LHC, который проходил в период с 2015 по 2018 год, они смогли значительно повысить статистическую точность и масштабы своих исследований.
Хотя текущие результаты исследования согласуются со стандартной моделью 0,15%, исследователи лишь умеренно уверены в этом. Если быть точным, несмотря на значительный объем данных, они еще не наблюдали достаточно распадов бозона Хиггса, чтобы быть полностью уверенными в правильности своих результатов.
Более крупные эксперименты, возможно, с использованием более совершенных технологий, могут выявить небольшие различия, указывающие на существование новых частиц или новых сил, прокладывая путь для новых теорий в физике элементарных частиц.
Памела Феррари, физический координатор эксперимента ATLAS в ЦЕРНе, заявила в пресс-релизе: «Каждая частица имеет особые отношения с бозоном Хиггса, что делает поиск редких распадов Хиггса первоочередной задачей». Флоренсия Канелли, координатор отдела физики детекторов CMS в ЦЕРН, добавляет: «Существование новых частиц может оказать очень существенное влияние на редкие моды распада бозона Хиггса".
Благодаря третьей серии экспериментов, проводимых на LHC и будущем LHC с высокой светимостью, точность этих тестов Стандартной модели будет повышена, что позволит исследовать еще более редкие хиггсовские распады. Это потенциально может привести к пересмотру нашего нынешнего понимания физики элементарных частиц.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Физика частиц изучает элементарные частицы и их взаимодействия, формируя основу нашего понимания Вселенной.