8 апреля 2022

Учёные ЦЕРН исследуют особенности распада бозона Хиггса

Известно, что бозон Хиггса может существовать лишь очень короткое время, прежде чем он распадается на другие элементарные частицы. Благодаря этому, посредством регистрации продуктов таких распадов, в 2012 году бозон Хиггса был обнаружен в первый раз. Но что, если бозон Хиггса в некоторых случаях распадается на какие-то неизвестные пока частицы, которые невидимы для датчиков экспериментов ATLAS и CMS Большого Адронного Коллайдера? И сейчас ученые CERN занимаются определением количества бозонов Хиггса, возникающих при столкновениях протонов, но распадающихся на "невидимые" частицы.

Согласно Стандартной Модели физики элементарных частиц, бозон Хиггса распадается, образуя известные "невидимые" частицы, почти невесомые частицы нейтрино, в 0.1 процентах случаев. Однако, согласно множеству теорий и гипотез, частицы темной материи также являются "невидимыми" и слишком слабо взаимодействующими с частицами обычной материи. И существует большая вероятность того, что в случае взаимодействия бозона Хиггса с гипотетической частицей темной материи определенной массы, он, бозон, также распадается на частицы темной материи, увеличивая, таким образом, количество "невидимых" распадов.

Ученые экспериментов ATLAS и CMS провели ряд независимых исследований, объединенных общей целью - поисками следов "невидимых" распадов бозона Хиггса в данных, собранных в течение второго периода работы коллайдера. Обе группы искали один определенный тип событий, при которых бозон Хиггса порождается процессом под название векторный синтез бозона (vector-boson fusion) и после которого он, предположительно, распадается на "невидимые" частицы.

События векторного синтеза порождают дополнительные "брызги", потоки определенных частиц, которые могут быть направлены в любую область датчиков. Это, в свою очередь, и затрудняет и облегчает одновременно процесс регистрации таких событий. И в этих событиях ученые регистрируют недостачу энергии, которую могут уносить с собой невидимые частицы, что является характерной подписью этого процесса.

Однако, несмотря на все усилия, поиски "невидимых" распадов бозона Хиггса так и не принесли пока положительных результатов. Точнее, такие случаи были обнаружены и зарегистрированы, но их процент оказался выше, чем ожидалось. Для эксперимента ATLAS этот процент оказался равен 15 и для эксперимента CMS - 18 процентов, хотя, согласно результатам компьютерных моделирований на основе Стандартной Модели, для обоих экспериментов процент невидимых распадов бозона Хиггса не должен превышать 10.

Тем не менее, полученные обоими экспериментами результаты достаточно хорошо согласуются друг с другом. Более того, они указывают на некоторые тонкости процессов, происходящих на границах взаимодействий частиц темной материи с ядрами атомов, которые были изучены в ходе других экспериментов по поискам темной материи.

Ученые CERN собираются продолжить охоту на случаи невидимых распадов бозона Хиггса позже в этом году, когда Большой Адронный Коллайдер приступит к очередному этапу работы и будет собран большой объем новых данных.