Исследованием способов распада бозона Хиггса занимались специалисты из Самарского университета. По их мнению, полученные данные послужат вкладом в развитие Новейшей физики и помогут улучшить точность предсказаний для результатов экспериментов на современных коллайдерах.
Итоги работы опубликованы в издании Physics of Particles and Nuclei. Бозон Хиггса представляет собой элементарную частицу, являющуюся квантом поля Хиггса, которое, согласно Стандартной модели физики частиц, отвечает за появление массы у остальных элементарных частиц.
Бозон был обнаружен в 2012 году в рамках экспериментов, проводимых на Большом адронном коллайдере (БАК), поиски которого продолжались более четырёх десятилетий. Это открытие считается одним из ключевых достижений XXI века и завершило формирование Стандартной модели.
Обнаружение бозона Хиггса открыло дорогу детальному исследованию его характеристик и механизмов распада, а также способствовало запуску новых направлений изучения физики за пределами Стандартной модели, в частности поисков частиц, связанных с темной материей. На Большом адронном коллайдере бозон Хиггса образуется в результате протон-протонных столкновений.
Бозон существует всего долю секунды и распадается на другие частицы, которые фиксируются с помощью детекторов. Учёные анализируют следы таких распадов, чтобы подтвердить существование бозона и подробно изучить его свойства, используя, например, данные экспериментов ATLAS и CMS.
Команда Самарского университета сосредоточилась на исследовании формирования связанных состояний тяжёлых кварков и лептонов при распаде бозона Хиггса, а также раскрыла ключевые механизмы таких процессов. Работу проводили преимущественно теоретическими методами, отметил ассистент кафедры общей и теоретической физики Самарского университета Фёдор Мартыненко.
«Мы применили инструменты квантовой теории поля для вычисления вероятностей (ширин распада) редких процессов, в ходе которых бозон Хиггса распадается не на отдельные свободные частицы, а на связанные системы — кварконии (такие как чармонии и Bc-мезоны) и лептонии (например, пары мюонов). Эти вычисления позволяют делать прогнозы о вероятности таких процессов для дальнейшего анализа экспериментальных данных текущих ускорителей», — объяснил он.
По словам Фёдора Мартыненко, изучение подобных необычных каналов распада является важным по нескольким причинам. Во-первых, это способствует повышению точности определения силы взаимодействия бозона Хиггса с тяжёлыми элементарными частицами, поскольку распады в связанные состояния служат высокоточным инструментом для таких измерений.
«Во-вторых, результаты исследований имеют значение для поиска Новой физики. Любые расхождения между теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными могут сигнализировать о существовании физики за пределами Стандартной модели, включая новые, ещё не обнаруженные частицы или взаимодействия», — указал он.
Теоретические прогнозы, полученные в ходе работы, закладывают основу для последующих исследований на будущих поколениях коллайдеров. Высокая статистика и улучшенная точность измерений, ожидаемые после модернизации Большого адронного коллайдера (HL-LHC), откроют возможность для поиска таких редких процессов.
Тем не менее, наиболее тщательное изучение и проверка данных процессов станет возможной на следующих электронно-позитронных установках — «фабриках Хиггса» типа FCC (Будущий циркулярный коллайдер), ILC, CLIC и CEPC. Именно там при массовом производстве бозонов Хиггса учёные смогут выявить и исследовать подобные редкие явления.