7 июля 2017

Большой адронный коллайдер увидел "главный" вариант распада бозона Хиггса

Детектор ATLAS впервые зафиксировал распад бозона Хиггса на пары "прелестных" b-кварков, на чью долю должна приходиться львиная доля продуктов распада знаменитой "частицы Бога", сообщает пресс-служба данной коллаборации в ЦЕРН.

"Только после того, как мы проанализировали данные, полученные за 2015 и 2016 год, мы смогли достичь уровня достоверности, позволяющего нам говорить о том, что распады бозона Хиггса на пары b-кварков действительно происходят. Как показывают наши наблюдения, то, как проходят эти распады, полностью соответствует нашим представлениям о поведении "частицы Бога", — пишут участники коллаборации ATLAS.

Большой адронный коллайдер завершил первый цикл своей работы в феврале 2013 года, когда самый мощный ускоритель на Земле был впервые отправлен на длительные "каникулы". В рамках этого этапа БАК удалось решить свою главную задачу – найти бозон Хиггса, особую частицу, отвечающую за массу всех объектов во Вселенной.

Бозон Хиггса был "пойман" сразу двумя научными группами ЦЕРН, которые почти два года охотились за неуловимой "частицей Бога" — коллаборациями ATLAS и CMS, работавшими с одноименными детекторами БАК. Следы его распадов были найдены в парах фотонов и в распадах двух других бозонов, отвечающих за перенос слабых и электромагнитных взаимодействий.

Своеобразная ирония судьбы заключается в том, что все эти следы распадов бозона Хиггса являются относительно редкими по сравнению с главным вариантом разрушения "частицы Бога" – в 60% случаев она распадается на пары тяжелых b-кварков, а не на фотоны или бозоны.

Открытие бозона Хиггса в следах его редких распадов связано с тем, что в них его гораздо проще искать. Существует масса других частиц, которые распадаются на пары b-кварков примерно в 10 миллионов раз чаще, чем бозон Хиггса. Поэтому его изначальный поиск подобным путем был крайне сложным и бесперспективным занятием.

Только когда ученые убедились, что "частица Бога" действительно существует и точно измерили ее массу, они начали искать и другие варианты ее распадов. Первые намеки на их существование были получены в 2013 году, когда физики, работавшие с детектором CMS, увидели следы распадов бозона Хиггса на пары "прелестных" кварков и тау-лептонов.  Тем не менее, однозначных доказательств существования этого варианта распада бозона Хиггса так и не было получено.

Участники коллаборации  ATLAS удалось их найти, проанализировав весь набор данных по распадам частиц в БАК, которые коллайдер получал на протяжении и первого, и второго цикла своей работы.

Для поиска следов бозона Хиггса в огромном массиве данных ученые пошли на хитрость – они искали не просто его распады на пары b-кварков, а следы распадов пар, состоящих из бозона Хиггса и W или Z-бозона. Подобные распады, как отмечают участники ATLAS, происходят крайне редко – всего их было около 30 тысяч за все время работы БАК, но их гораздо легче заметить. Это позволило ученым уменьшить набор данных и упростить их анализ.

На текущий момент уровень достоверности этого открытия составляет 3,6 сигма, что заметно меньше уровня в 5 сигма, необходимого для того, чтобы обнаружение этого канала распада бозона Хиггса было официально признано научным сообществом. Тем не менее, участники ATLAS уверены в полученных результатах и ожидают получить их окончательное подтверждение после анализа данных, которые БАК соберет в этом году.

Большой адронный коллайдер, сокращённо БАК (англ. Large Hadron Collider, сокращённо LHC) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований), находящемся около Женевы, на границе Швейцарии и Франции. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тысяч учёных и инженеров более чем из 100 стран. «Большим» назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; «адронным» — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков; «коллайдером» (англ. collider — сталкиватель) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения.