Новые результаты о взаимодействии бозона Хиггса с частицами СМ

Пятница, 11 сентября 2020

Продолжаем знакомить вас с интересными результатами экспериментов Большого адронного коллайдера (БАК), представленными на международной конференции по физике частиц (ICHEP-2020). Эксперимент CMS представил последние результаты исследований взаимодействия бозона Хиггса с частицами Стандартной Модели (СМ).

Бозон Хиггса (H), открытый в 2012 экспериментами ATLAS и CMS, дал физикам огромное поле для исследований. Современная теория – Стандартная Модель физики частиц предсказывает многие свойства бозона Хиггса. Однако, существуют указания на то, что и сама СМ может быть «неполна», то есть являться низкоэнергетичным пределом более общей теории, содержащий новые фундаментальные частицы и взаимодействия. Сейчас экспериментаторы пытаются понять, как и где они проявляются, а бозон Хиггса – один из оптимальных объектов для таких исследований.

На проходившей летом 2020 года самой большой конференции по физике высоких энергий – «International conference on high energy physics» (ICHEP-2020) – эксперимент CMS представил новые предварительные результаты исследований взаимодействия H с другими частицами СМ. Экспериментаторы обработали весь доступный набор данных 1-го и 2-го сеансов работы БАК. Для исследований использовались два самых «чистых» канала распада H: распад на два фотона, и распад на четыре лептона. Для обоих каналов характерно то, что распад идет не напрямую в конечное состояние, а с промежуточными тяжелыми частицами СМ. Свой анализ сотрудники эксперимента CMS выполнили в тесном сотрудничестве с физиками-теоретиками. Был применен так называемый метод правдоподобия для матричного элемента (matrix-element likelihood approach, MELA), при котором кинематические характеристики каждого из отобранных событий-кандидатов проверялись на соответствие описанию распада, включавшего как эффекты СМ, так и потенциальные проявления Новой физики.

Распад бозона Хиггса на два фотона тесно связан с взаимодействием этой частицы и топ-кварка (t). В СМ появляется только СР-четная составляющая этого взаимодействия: однако данные чувствительны и к «нестандартной» CP-нечетной компоненте. Возможное наблюдение такого вклада приблизило бы исследователей к пониманию одного из наблюдений, не находящего объяснения в рамках СМ – барионной асимметрии Вселенной (в наблюдаемой нами части космоса материя доминирует над антиматерией). Чтобы объяснить этот феномен на микроуровне, необходимо найти новый источник нарушения CP-инвариантности, и хиггсовский сектор одно из перспективных мест для такого поиска. Пока накопленных данных хватает для того, чтобы отвергнуть гипотезу о том, что H взаимодействует с фермионами только через CP-нечетную компоненту (см. рисунок 1).

Ученые также установили ограничения на параметры взаимодействия бозона Хиггса с векторными бозонами (массивными частицами, переносчиками слабого взаимодействия). Эти параметры могут отличаться от предсказанных СМ. Впервые измерения позволили рассмотреть одновременно сразу пять вариантов таких отклонений, включая их возможную интерференцию. Результаты не противоречат предсказаниям, сделанным в рамках СМ (см. рисунок 2).

Подробнее об этих результатах можно узнать из слайдов презентации, представленной на ICHEP-2020, и описания анализа данных. В заключение следует отметить, что сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» (в том числе из НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ) принимают активное участие в работе эксперимента CMS.

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт