„Тези неизвестни частици, които допринасят за разпадането, биха могли да бъдат индикация за все още неизследвана физика“, казват отговорните за откритието.
Без съмнение това беше едно от най-великите открития на науката и на ЦЕРН: бозонът на Хигс. Но какво точно представлява тази частица? Полето на Хигс е теоретично енергийно поле, което прониква в цялата вселена и е отговорно за придаването на маса на елементарните частици. По този начин частиците придобиват маса, като взаимодействат с това поле. Колкото по-силно е взаимодействието, толкова по-тежка е частицата.
Хигс бозонът е физическото проявление на Хигс полето. Неговото съществуване беше потвърдено през 2012 г. в Големия адронен колайдер на ЦЕРН и е от съществено значение за разбирането защо някои частици имат маса, а други не. С други думи, той помага да се обясни защо имаме градивните елементи на материята, каквито ги познаваме. Без него повечето частици биха били без маса и Вселената би била много различна.
Проблемът е, че бозонът на Хигс е по своята същност нестабилен и не съществува дълго в природата. Той се разпада на други, по-стабилни частици. Но това не се случва в определен ред, защото някои са по-странни от други. А някои са много, много редки. Тези разпади, при които бозонът на Хигс се трансформира в мюонна двойка (H→μμ) или Z бозон и фотон (H→Zγ), са толкова редки, че се срещат само в един на всеки няколко хиляди разпада на бозона на Хигс.
Ново проучване може да даде улики за откриването на неизвестни частици и да ни помогне да разгадаем различните мистерии, свързани с „Божията частица“. Откриването на тези редки разпади не беше лесно. Колаборацията ATLAS, група учени, работещи в Големия адронен колайдер (LHC) на ЦЕРН, прекара години в събиране на данни от своите експерименти. Първото предизвикателство, с което се сблъскаха, беше рядкостта на тези събития. Разпадът на бозона на Хигс на мюони се случва само в около един на всеки 5000 разпада на Хигс. Следователно, екипът трябваше да търси малък сигнал сред голям фонов шум, причинен от взаимодействията на други частици.
За да оптимизират търсенето, учените комбинираха данни от втори и трети цикъл на LHC, което им даде по-пълна картина. С тези подобрени данни авторите на изследването използваха усъвършенствани техники за филтриране на фоновия шум и фокусиране върху събития, които показват признаци на редките разпади на Хигс бозона. В случая на H→μμ, те търсеха малък бум в масата на мюонната двойка, точно при 125 GeV, известната маса на Хигс. Разпадът H→Zγ представляваше още по-голямо предизвикателство. Нови методи за подобряване на чувствителността на търсенето на Z бозона, произведен при този разпад, се разпада на електронни или мюонни двойки само в около шест процента от случаите, а фотоните са известни с това, че са трудни за разграничаване от струите от частици, създадени в други процеси.
В този контекст, ATLAS разработи нови методи за анализ, за да подобри чувствителността на търсенето си. Чрез категоризиране на събития, въз основа на това как се е появил Хигс бозонът и усъвършенстване на критериите си за подбор, екипът успя да наблюдава по-ясен сигнал. За разпадането H→μμ те постигнаха ниво на значимост от 3,4 стандартни отклонения, което означава, че е много малко вероятно (едно на 3000) резултатът да е статистическа случайност. Това представлява значително подобрение спрямо предишни резултати, които показваха само намек за разпадането на ниво от две стандартни отклонения.
За разпадането H→Zγ екипът откри излишен сигнал при 2,5 стандартни отклонения, което също представлява голям напредък в сравнение с предишните резултати. Чрез откриването на редки разпади, сътрудничеството ATLAS отваря вратата към изследване на физиката отвъд Стандартния модел. Неизвестните частици, които допринасят за разпадането H→Zγ, биха могли да бъдат ключ към все още неизследвана физика.
Въпреки че тези резултати са новаторски, те все още не са окончателни. С поглед към бъдещето, изследователите на ATLAS планират да се задълбочат в редките разпади на Хигс бозона с още повече данни от бъдещи изпълнения на LHC. Екипът се надява, че бъдещите данни не само ще потвърдят тези открития, но и ще разкрият повече подробности за това как Хигс бозонът взаимодейства с други частици, особено с тези, които не са толкова добре проучени, като фермионите от второ поколение.
Източник: La Razón