Горизонты научного поиска

О "неуловимом" распаде бозона Хиггса

В конце августа два эксперимента на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, ATLAS и CMS, доложили новые результаты по обнаружению распада бозона Хиггса на пару b-кварков. Ранее было предсказано, что это неуловимое взаимодействие составляет почти 60 процентов распадов бозона Хиггса и, таким образом, в первую очередь ответственно за естественную ширину этой частицы. Однако потребовалось более семи лет наблюдений.

"ATLAS с гордостью объявляет о наблюдении этого важного и сложного для обнаружения распада бозона Хиггса, - говорит руководитель эксперимента ATLAS Карл Якобс. - В то время как результат, безусловно, является подтверждением Стандартной модели, это также триумф наших групп анализа. На ранних этапах работы LHC были сомнения в том, будет ли этот результат вообще получен. Наш успех достигнут благодаря отличной работе LHC и детектора ATLAS и применению высокотехнологичных методов анализа для большого набора данных".

Сотрудничество ATLAS впервые представило предварительный результат этого наблюдения 9 июля на Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP) 2018 года в Сеуле. На совместном семинаре с коллаборацией CMS ATLAS представил результаты, которые были направлены для публикации в Physical Letters B. Использование технологий машинного обучения и новых методов анализа для комбинированных данных Run-2 и Run-1 привело к значению 5,4 стандартных отклонений (традиционно физики считают пять стандартных отклонений (или "сигма") порогом значимости, свидетельствующим об открытии. Существует только один из 3,5 миллионов шансов, что такой сигнал возникает из статистического колебания фона).

Это один из самых сложных анализов, проведенных в коллаборации ATLAS. "Столкновения протонов в LHC производят пары b-кварков в большом изобилии, что затрудняет выявление тех, которые происходят из распада Хиггсовского бозона, - говорит Керстин Такманн, организатор рабочей группы ATLAS Хиггс. - Поэтому аналитические группы сосредоточились на сигнатурах, в частности на образовании бозона Хиггса в сочетании с векторным бозоном, что существенно увеличило чистоту сигнала". Этот метод оказался весьма успешным.

Полученный результат стал новым подтверждением так называемых "констант связи Юкавовского взаимодействия". Аналогично механизму Хиггса, эти связи с полем Хиггса дают массу заряженным фермионам (кваркам и лептонам), которые являются строительными блоками материи. Комбинированный анализ данных Run-1 и Run-2 привел к первым измерениям этих связей, как в недавнем наблюдении совместного рождения бозона Хиггса с топ-кварком и распада бозона Хиггса на пары тау-лептонов.

Полученный результат также впервые устанавливает величину значимости для рождения бозона Хиггса в ассоциации с векторным бозоном выше 5 стандартных отклонений. ATLAS теперь обнаружил все четыре основных канала образования бозона Хиггса, и два из них - только в этом году.

Эти наблюдения отмечают новую веху в изучении бозона Хиггса, поскольку ATLAS переходит от наблюдений к точным измерениям его свойств. "Теперь у нас есть возможность изучить свойства бозона Хиггса до мельчайших деталей и суметь бросить вызов Стандартной модели", - заключает Карл Якобс.

Участники эксперимента ATLAS из Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ активно участвуют в группе ATLAS Хиггс в течение многих лет. За это время в Дубне было проведено несколько рабочих совещаний, посвященных различным аспектам анализа данных для этого процесса. Cтатус этих работ и многие другиe результаты, полученные дубненскими физиками - участниками ATLAS, были представлены Карлу Якобсу во время его недавнего визита в ОИЯИ.

Александр ЧЕПЛАКОВ