Ексклюзив від «‎частинки Бога»: фізики спостерігали за рідкісним розпадом бозона Гіґґса у Великому адронному коллайдері

З моменту відкриття бозона Гіґґса у 2012 році вчені ретельно вивчали дивну частинку, шукаючи нових підказок про справжню природу матерії та Всесвіту і, схоже, знайшли одну з таких під час нещодавніх експериментів.

Бозон Гіґґса (який ще називають «‎частинка Бога») – це елементарна частинка, яка утворюється у результаті квантового збудження поля ГіґґсаПоле Гіґґса — поле, що забезпечує спонтанне порушення симетрії електрослабких взаємодій завдяки порушенню симетрії вакууму, назване на честь розробника його теорії, британського вченого, фізика — теоретика Пітера Гіґґса. Квант поля — це частинка (бозон) Гіґґса. і є важливим компонентом Стандартної моделі фізикиСтандартна модель у фізиці елементарних частинок — теоретична конструкція, що описує електромагнітну, слабку і сильну взаємодію всіх елементарних частинок. Стандартна модель не є теорією всього, бо не описує темну матерію, темну енергію і не охоплює гравітацію., оскільки надає багатьом фундаментальним частинкам їхню масу. Вважається, що вона надзвичайно нестабільна й розпадається на інші частинки одразу після генерації.

Протягом одинадцяти років з моменту відкриття «‎частинки Бога» за допомогою детекторів ATLAS і CMS на Великому адронному колайдері вчені «старанно» досліджували її внутрішні властивості. І врешті-решт зафіксували доволі рідкісний процес – бозон Гіґґса розпався на Z-бозон і фотон (Z-бозон є «електрично нейтральним» носієм слабкої сили, тоді як фотон переносить електромагнітну енергію).

Під час попередніх експериментів вчені спостерігали розпад бозона Гіґґса на два фотони, але не бачили цього напряму. Те ж саме сталося й цього разу – розпад бозона пройшов через проміжну «‎петлю» віртуальних частинок, які з’являються й одразу зникають, тож не можуть бути безпосередньо виявлені. Ці віртуальні частинки можуть включати нові, ще не відкриті частинки, які не були враховані Стандартною моделлю, вважають вчені.

Стандартна модель передбачає, що якщо бозон Гіґґса має масу близько 125 мільярдів електронвольт, приблизно 0,15% бозонів Гіґґса розпадуться на Z-бозон і фотон. Але нові експериментальні дані ATLAS і CMS показують, що швидкість розпаду набагато вища, ніж передбачена, оскільки процес відбувається приблизно в 6,6% випадків.

Перше свідчення розпаду бозона Гіґґса на Z-бозон і фотон має статистичну значущість 3,4-стандартні відхилення – чого недостатньо, щоб класифікувати його як фактичний доказ (відкриття бозона Гіґґса мало статистичну значущість 5 стандартних відхилень). Нинішні дані були зібрані під час другого запуску Великого адронного колайдера, який проводився між 2015 і 2018 роками. Найпотужніший у світі прискорювач елементарних частинок зараз проходить третій запуск, тому точність вимірювань фізики розпаду бозона Гіґґса має покращитися протягом наступних кількох років.