Наука и образование

Эксперимент ATLAS опубликовал новые результаты поиска распадов бозонов Хиггса в очарованные кварки

Эксперимент ATLAS, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), опубликовал новые результаты поиска распада бозона Хиггса на пару c-анти-c кварков. Так как данный процесс очень трудно выделить в условиях сильных фонов, таких распадов пока не было обнаружено, что согласуется с предсказания Стандартной Модели (СМ).

Лето для физики частиц – это пора конференций. Традиционно эксперименты БАК готовят к этим мероприятиям анонсы важных работ. Так, недавно на конференции LHCP2021 коллаборация ATLAS рассказала о поисках распада бозона Хиггса (H) на пару c – анти-c.

СМ предсказывает, что чем больше масса фундаментального фермиона (кварка или лептона) или бозона (W^±, Z⁰), тем больше вероятность распада на соответствующую пару частица-античастица. На сегодняшний день экспериментально открыты взаимодействия бозона Хиггса H с W^± и Z⁰-бозонами, а также с фермионами третьего поколения t- и b-кварками и с τ лептоном. Следует заметить, что так как масса t кварка больше массы H, распад на пару t – анти-t невозможен. Однако виртуальные t кварки обеспечивают большую долю распадов H → γγ. В прошлом году эксперименты БАК опубликовали указание на существование распада бозона Хиггса в мюоны. Распадов на пару c – анти-c кварков пока не наблюдалось.

Сложность поиска распадов H в очарованные кварки состоит в том, что кварки регистрируются в виде так называемых адронных струй – пучков адронов, вылетающих в одном направлении. Такие объекты появляются во множестве процессов СМ, сопровождающихся испусканием кварков и глюонов. Поэтому необходима кропотливая работа по выделению сигнальных событий из множества фоновых. Экспериментаторы стараются найти струи, порожденные c-кварком. Для таких струй характерно наличие распада очарованного адрона в конусе струи, при этом важно не спутать её со струей, порожденной b-кварком. Для выделения таких струй применяются методы машинного обучения.

Простого отбора c-струй недостаточно для поисков бозона Хиггса. Чтобы обогатить спектр событиями, для которых вероятность появления бозона Хиггса повышена, можно задействовать информацию о том, как эта частица появилась. В представленной работе физики искали ассоциированное рождение бозона Хиггса с векторным бозоном, так называемый VH-процесс (см. рисунок 1). Несмотря на то, что количество бозонов Хиггса, родившихся в этом канале, составляет лишь 3% от числа всех хиггсовских частиц БАК, он очень хорошо идентифицируется по лептонам от распадов W^± и Z⁰.

.

В результате отбора событий после процедуры вычитания фонов вклады в массовый спектр двух адронных струй дают искомый процесс (H → cc), а также распады W- и Z-бозонов. Спектры масс представлены на рисунке 2. Вклад от W- и Z-бозонов хорошо виден, а вот распадов бозона Хиггса на пару c-анти-c кварков обнаружено не было, что согласуется с представлениями СМ.

Сотрудники Отделения физики высоких энергий Института принимают активное участие в исследованиях ATLAS, являясь частью большой международной команды. Ученые НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ внесли и продолжают вносить большой вклад не только в проектирование, строительство, эксплуатацию и модернизацию эксперимента ATLAS, но и в обработку экспериментальных данных и подготовку результатов к публикациям.