Найдены доказательства прямого распада бозона Хиггса на фермионы

Эксперимент проводился при помощи детектора ATLAS

(фото Maximilien Brice/CERN).

Бозон Хиггса распадается на тау-лептоны, которые в свою очередь распадаются на электроны (синяя линия) и мюоны (красная линия)

(иллюстрация ATLAS).

Физики из университета Цюриха, которые проводили эксперимент по изучению бозона Хиггса в ЦЕРНе, сообщают о новых результатах своего исследования. Частица, обнаруженная в 2012 году, действительно распадается на фермионы — частицы с полуцелым спином, составляющие материю. То есть распад происходит согласно расчётам Стандартной модели. Результаты эксперимента описаны в отчётной статье, которая была опубликована в журнале Nature Physics.

Доказательства прямого распада бозона Хиггса были получены с окончанием эксперимента на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа. Физики напоминают, что ранее "частицу бога" можно было обнаружить лишь по её распаду на другие бозоны, также обладающие целым спином и являющиеся переносчиками взаимодействий.

"Новые данные являются важным шагом на пути к пониманию природы бозона Хиггса. Теперь мы знаем, что эта частица распадается как на бозоны, так и на фермионы, что позволяет исключить некоторые гипотезы, утверждавшие, что бозон Хиггса не имеет парных фермионов", — поясняет соавтор исследования Винченцо Кьокья (Vincenzo Chiochia) из университета Цюриха.

Эксперимент проводился при помощи детектора ATLAS
(фото Maximilien Brice/CERN).

Напомним, что предыдущие результаты экспериментов в ЦЕРНе продемонстрировали способность бозона Хиггса, частицы с нулевым спином, распадаться на пары фотонов, W- и Z-бозоны. Однако распад на фермионы был подтверждён впервые.

В ходе данного исследования удалось подтвердить ещё один теоретический расчёт. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, сила взаимодействия между фермионами и полем Хиггса должна быть пропорциональна их массам. Доказательство этой формулы является очередным подтверждением того, что обнаруженная в 2012 году частица действительно является той, которую предсказывали Питер Хиггс и его коллеги.

Авторы исследования отмечают в пресс-релизе, что на открытие распада бозона Хиггса на фермионы ушёл не один год сбора данных. Для этой работы был проанализирован огромный массив данных, полученных в ходе экспериментов на БАКе, которые проводились с 2011 по 2012 год. Физики скомбинировали данные о распаде бозона Хиггса на нижние кварки и тау-лептоны, оба относятся к фермионам.

Бозон Хиггса распадается на тау-лептоны, которые в свою очередь распадаются на электроны (синяя линия) и мюоны (красная линия)
(иллюстрация ATLAS).

Результаты показали, что накопление этих распадов возникает при массе частицы Хиггса приблизительно в 125 гигаэлектронвольт ( 3,8 сигма). Это означает, что вероятность регистрации учёными фоновых колебаний эквивалентна 1 к 14 тысячам. Однако для открытия требуется "пять сигма", достижение которых займёт ещё немало времени. К сегодняшнему дню учёным удалось достичь максимальных результатов в 4,1 сигма.

Поскольку "частица бога" имеет крайне короткий срок жизни до распада, изучить её напрямую не представляется возможным. Но тау-лептоны и нижние кварки существуют достаточно долго, чтобы быть измеренными непосредственно в детекторе. Так, косвенным методом учёные получили подтверждение распада бозона Хиггса на тау-лептоны, то есть фермионы — мельчайшие составляющие материи.

Также по теме:
Физики увидели, на что распадается бозон Хиггса
Специалисты CERN рассказали об открытии бозона Хиггса
Бозон Хиггса восстанавливали, как древнюю вазу по осколкам
Нобелевской премией по физике отметили первооткрывателей бозона Хиггса
Редкий распад на коллайдере опроверг теорию суперсимметрии