Учените получиха най-убедителните доказателства за редкия разпад на „Божествената частица“

Бозонът на Хигс беше предсказан от теоретиците още в края на миналия век, но успяха да го видят едва през 2012 година на Големия адронен колайдер в ЦЕРН. Оттогава тази частица остава една от основните цели на експериментите на ускорителя. Сега физиците съобщават за нов важен резултат: обединявайки данните от последните две серии измервания на детектора ATLAS, те са намерили убедителни признаци, че бозонът на Хигс може да се разпада на двойка мюон-антимюон.

Работата е публикувана в списанието Physical Review Letters. Авторите заявяват, че статистическата значимост на сигнала е 3,4 стандартни отклонения спрямо очаквания фон. Това е малко по-високо от предишния резултат на друга инсталация на LHC, детектора CMS, където за същия канал на разпадане е получено 3,0 сигма. До официалния статут на „откритие” в физиката на частиците, който традиционно се изисква на ниво 5 сигма. Резултатът все още не е достатъчен, но новата работа значително усилва доказателствата за съществуването на такъв разпад.

В Стандартния модел масите на частиците се появяват поради тяхното взаимодействие с така нареченото поле на Хигс, което запълва цялото пространство. Самият бозон на Хигс е квант на възбуждане на това поле. Колкото по-силно частицата „чувства“ полето на Хигс, толкова по-голяма е нейната маса. Частици като фотоните остават безмасови именно защото практически не взаимодействат с полето на Хигс.

Най-тежките фермиони от трето поколение – топ кварки, долни кварки и тау лептони – те взаимодействат най-силно с полето на Хигс. Техните връзки с Хигс бозона, т.нар. взаимодействия на Юкава вече са обстойно измерени в LHC. За фермионите от второ поколение обаче ситуацията досега оставаше много по-малко сигурна, както подчертават авторите на новата статия.

Мюоните са частици от второ поколение. Те са частици, подобни на електроните, но около 200 пъти по-тежки и с много кратък живот. Разпадането на Хигс бозона в двойка мюон-антимуон се счита за ключов тест на Хигс механизма за частици от второ поколение. Според изчисленията на Стандартния модел този разпад би трябвало да е изключително рядък, така че намирането му изисква огромни количества данни и много внимателни анализи.

Изследователите от ATLAS комбинираха данните от последните два опита на колайдера и анализираха спектъра на инвариантната маса на двойките мюон-антимуон в много категории събития. Малък, но стабилен излишък от събития около масата на Хигс бозона и даде самия сигнал от 3,4 сигма, а големината му е в добро съответствие с предсказанията на Стандартния модел.

Авторите подчертават, че резултатът все още трябва да бъде потвърден. Допълнителните данни от ATLAS и CMS в следващата серия експерименти трябва или да превърнат този намек за ефект в пълноценно откритие, или да изяснят границите на вероятността за такъв разпад. Ако статистическите данни продължат да растат в полза на съществуването на разпад на Хигс в двойка мюони, това ще отвори пътя към изучаването на още по-слаби връзки на Хигс с най-леките частици като електроните и ще ни позволи да проверим още веднъж колко точно работи нашата основна теория за микрокосмоса.