Бозон Хиггса был открыт учеными Европейской организации ядерных исследований CERN в 2012 году. Признаками существования бозона Хиггса, зарегистрированными высокочувствительными датчиками экспериментов ATLAS и CMS Большого Адронного Коллайдера, стали случаи распада бозона на пары фотонов, W- и Z-бозоны.
С того времени физики существенно углубили понимание свойств частицы, которая долгое время являлась последней недостающей частью Стандартной модели, благодаря изучению случаев распада бозона Хиггса на пары тау-лептонов и нижнего кварка, в которых были также задействованы и истинные кварки. Однако, и по сей день остается открытым вопрос - может ли бозон Хиггса взаимодействовать с пока еще неизвестными частицами или видами фундаментальных сил?
Спустя восемь лет с момента обнаружения, ученые эксперимента ATLAS зарегистрировали порядка 90 процентов видов распада бозона Хиггса, которые предсказаны Стандартной моделью. Среди видов распада, который достаточно долго ускользал от внимания ученых, является распад Zy, распад на Z-бозон и фотон. Этот вид распада особенно интересен для физиков из-за того, что в нем принимает участие некая тяжелая "виртуальная" (возможно новая) частица. Для поисков этого вида распада ученые использовали набор данных LHC Run-2, в котором содержится почти в четыре раза больше записей о событиях с участием бозона Хиггса, чем в наборах данных, собранных в предыдущие периоды работы коллайдера.
Согласно предсказаниям Стандартной модели всего 0.15 процентов бозонов Хиггса распадается путем Zy, что сопоставимо с уровнем распада этого бозона на два фотона. Однако, в отличие от фотонов, Z-бозон немедленно распадается на другие частицы, что существенно затрудняет наблюдение за всем этим. О наличии Z-бозонов можно лишь догадаться по характерным следам их распада, которые содержат пары электронов или мюонов. С учетом чувствительности существующего оборудования только 7 процентов Zy-распада бозона Хиггса могут быть зарегистрированы и изучены, предоставляя ученым крупинки бесценной информации.
Чтобы отделить интересующие события с участием бозона Хиггса от шумов и фоновых процессов, ученые эксперимента ATLAS выполнили специальную подгонку распределения масс при процессе восстановления Z-бозона из следов его распада. Кроме этого, ученые разделили события с участием бозона Хиггса на несколько категорий, каждая из которых имела собственное значение соотношения сигнала к шуму. Все это позволило ученым построить своего рода "виртуальное дерево событий", одной из "ветвью" которого являлся распад бозона Хиггса на фотон и Z-бозон, который, в свою очередь, распался на пары мюонов или электронов.
Однако, проведенный учеными поиск принес весьма туманные результаты, уровень найденных случаев распада Zy оказался в два раза выше уровня, предсказанного Стандартной моделью. К тому же, результаты данных исследований имеют уровень стандартного отклонения в 2.2 сигма, в то время, как для признания результата открытием требуется уровень в 5 сигма. Однако, имеющихся сейчас данных уже достаточно ученым для того, чтобы с 95-процентной вероятностью утверждать, что уровень Zy-распада в реальности в 3.6 раза выше уровня, предсказанного Стандартной моделью. А окончательную точку над "i" помогут поставить лишь дополнительные данные, которые будут собраны в будущем, и в которых будет содержаться большее количество записей о случаях Zy-распада бозона Хиггса.