Пресс-центр

Эксперименты БАК измеряют массу бозона Хиггса с рекордной точностью

Обработав данные, набранные в 2016 году на Большом адронном коллайдере (БАК), эксперимент CMS сумел измерить массу бозона Хиггса с наилучшей точностью, достигающей почти 0,1%.

Массивная частица, представляющая собой квант электрослабого вакуумного поля, заполняющего нашу Вселенную, существование которой было предсказано еще в 60-х года прошлого века, была открыта в 2012 году экспериментами ATLAS и CMS, проводящимися на БАК. Её называют бозоном Хиггса (H) — по фамилии шотландского физика-теоретика Питера Хиггса, первым предсказавшего её существование. В настоящее время ATLAS и CMS активно изучают свойства бозона Хиггса: её массу, резонансную ширину (время жизни), квантовые числа, каналы распада, а также особенности взаимодействия с другими частицами Стандартной Модели (СМ).

В СМ механизм Энглера-Браута-Хиггса дает массу элементарным частицам (векторным бозонам, кваркам, заряженным лептонам). При этом, чем массивнее частица, тем интенсивнее бозон Хиггса взаимодействует с ней. При этом для расчетов важно как можно точнее знать массу H.

Распады бозона Хиггса изучают по пяти каналам: распад на два фотона, на два Z-бозона (с последующими распадами Z на пары лептон-антилептон), на два τ-лептона, на W⁺W^– пару и на пару b-кварков. При этом, первые два канала распада позволяют экспериментально зафиксировать все частицы из распада H, а значит, точно измерить массу распадающейся частицы. В прошлом году эксперимент ATLAS опубликовал первые результаты измерения m_H для данных первого (2011-12 годы) и начальной части второго этапа (2016 год) работы БАК. Измеренное значение составило 124,97 ± 0,19 (стат.)  ± 0,13 (сист.) ГэВ/c² = 124,97 ± 0,24 (общ.) ГэВ/c².

Недавно, свои измерения массы бозона Хиггса для такого же периода набора данных представил и эксперимент CMS. Наибольшее время заняла калибровка отклика детектора, необходимая для измерения двухфотонного канала распада (см. рисунки 1 и 2). Канал распада на два Z-бозона был ранее исследован CMS. Измеренное объединенное для обоих каналов значение m_H составило 125,35± 0,12 (стат.) ± 0,09 (сист.) ГэВ/c² = 124,97 ± 0,15 (общ.) ГэВ/c² (см. рисунок 3). Теперь это значение является наиболее точным для значения массы бозона Хиггса СМ. Стоит обратить внимание на то, что полная точность измерения массы составляет почти одну десятую процента! Обработанные данные составляют менее четверти имеющихся данных, поэтому в ближайшем будущем будут представлены результаты с еще большей точностью.

Подробнее об измерении массы бозона Хиггса можно узнать из документа CMS, в котором описывается процедура анализа экспериментальных данных. Объявленный результат носит пока предварительный характер. Вскоре он будет опубликован в реферируемом научном журнале. В заключение следует отметить, что сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие в работе экспериментов ATLAS и CMS, как в создании и бесперебойной поддержке детекторов, так и в анализе данных.