Пресс-центр

Эксперименты БАК представили новые измерения свойств бозона Хиггса

Эксперименты Большого адронного коллайдера – CMS и ATLAS представили новые измерения свойств бозона Хиггса. Такие исследования – это фактически поиск Новой физики (НФ) в хиггсовском секторе Стандартной Модели физики элементарных частиц (СМ). Пока никаких указаний на такое проявление НФ не обнаружено.

Бозон Хиггса, теоретически предсказанный еще в 60-х года прошлого века, был открыт в 2012 году экспериментами ATLAS и CMS. Этим открытием было положено начало широкой экспериментальной программе по изучению свойств этой частицы: её массы, резонансной ширины (времени жизни), квантовых чисел, а также особенностей взаимодействия с другими частицами СМ. Последние можно изучать двумя путями: исследуя относительную интенсивность различных каналов рождения бозона Хиггса, а также изучая каналы распада этой частицы.

Напомним, что на БАК в протон-протонных взаимодействиях доступно четыре канала рождения: глюонный синтез (ggF-канал); синтез через векторные бозоны (Vector Boson Fusion, VBF); ассоциированное рождение с векторным бозоном (VH); ассоциированное рождение с одним или несколькими t кварками (tH и ttH).

Распады бозона Хиггса изучают пока по пяти каналам: распад на два фотона, на два τ-лептона, на два Z-бозона, на W⁺W^– пару и на пару b-кварков. В каждом из этих распадов появляется пара частица-античастица (γ и Z являются античастицами самим себе). Все перечисленные каналы рождения и распада хиггсовской частицы уже открыты на БАК. Для каждой комбинации канал-рождения – канал-распада СМ имеет четкие численные предсказания, поэтому у физиков в руках есть фактически 20 наблюдаемых, по которым они могут проверять СМ. На рисунке 1 представлены результаты (пока предварительные) таких исследований эксперимента ATLAS. Они (как и измерения CMS) находятся в согласии с предсказаниями СМ.

Пока физики обработали лишь часть экспериментальных данных, набранных в ходе второго этапа работы БАК. Однако, накопленной статистики уже достаточно для изучения различных топологий рождения и распада в разных точках фазового пространства, то есть в отдельных диапазонах по поперечному импульсу, по числу ассоциированных адронных струй, по числу и кинематическим свойствам тяжелых векторных бозонов и t-кварков. Измерение таких «упрощенных шаблонных сечений» (simplified template cross sections, STXS) позволяет физикам лучше отделять процесс измерения от теоретической интерпретации. На конференции Rencontres de Moriond эксперимент ATLAS представил предварительные результаты измерений для некоторых STXS-диапазонов (см. рисунок 2). Все измеренные величины находятся в согласии с предсказаниями СМ, налагая таким образом ограничения на пространство параметров моделей НФ, например, на модели с дополнительным скалярным бозоном и суперсимметричные модели.

Обработана еще не вся статистика, набранная в ходе второго этапа работы БАК и поэтому можно ждать уточнения полученных результатов. Однако, для некоторых каналов проведены измерения на полной статистике. Так, ATLAS сообщил о том, что на данных Run-2 наблюдает ttH-рождение, сопровождающееся распадом на два фотона со статистической значимостью 4,9 σ (см. рисунок 4). СМ предсказывает для этого процесса сечение 1.38 ± 0.41 фбарн, а измеренная ATLAS величина составляет 1.58 ± 0.39 фбарн, т.е. находится в согласии с теорией. Эксперимент CMS пока не обработал всю статистику, но и на данных 2016-2017 гг.  продемонстрировал, что видит указание (4.1σ) на этот процесс. Сила сигнала согласуется с предсказаниями СМ. Данные тоже пока носят предварительный характер.

Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие в работе экспериментах ATLAS и CMS, внося таким образом свой вклад в возможность проведения таких экспериментальных работ.