Исследование механизмов распада бозона Хиггса провели специалисты Самарского университета. По их оценке, полученные результаты внесут вклад в развитие Новой физики и помогут точнее сопоставлять теоретические прогнозы с данными современных коллайдеров.
Статья с описанием работы опубликована в журнале Physics of Particles and Nuclei. Бозон Хиггса — элементарная частица, квант поля Хиггса, который в рамках Стандартной модели отвечает за придание массы другим частицам.
Бозон был обнаружен в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) после многолетних поисков, продолжавшихся более 40 лет. Это открытие стало одним из ключевых достижений XXI века и завершило формирование Стандартной модели.
Обнаружение бозона Хиггса дало импульс детальному исследованию его характеристик и каналов распада и открыло новые направления в поисках физики за пределами Стандартной модели, в том числе в контексте кандидатов на темную материю. На БАК бозон Хиггса рождается в результате столкновений протонов.
Продолжительность его существования исчисляется долями секунды — затем он распадается на другие частицы, регистрируемые детекторами. Анализируя следы таких распадов, физики подтверждают наличие бозона и изучают его свойства, в том числе с помощью экспериментов ATLAS и CMS.
Исследователи Самарского университета сосредоточились на образовании связанных состояний тяжелых кварков и лептонов при распаде бозона Хиггса и рассмотрели ключевые механизмы этих распадов. Работа выполнялась теоретическими методами, отметил ассистент кафедры общей и теоретической физики Самарского университета Федор Мартыненко.
«Мы применили аппаратуру квантовой теории поля для вычисления вероятностей (ширин распада) редких процессов, при которых бозон Хиггса распадается не на свободные частицы, а на связанные системы — кварконии (например, чармонии и Bc-мезоны) и лептонии (например, пары мюонов). Полученные значения позволяют оценить вероятность таких событий для последующего сравнения с экспериментальными данными современных ускорителей», — объяснил он.
По его словам, изучение таких экзотических каналов распада важно по нескольким причинам. Во?первых, это повышает точность определения силы взаимодействия бозона Хиггса с тяжелыми частицами, поскольку распады в связанные состояния служат чувствительным инструментом для таких измерений.
«Во?вторых, эти исследования способствуют поиску Новой физики. Любые расхождения между теоретическими предсказаниями и измерениями могут свидетельствовать о существовании эффектов за пределами Стандартной модели, например о новых, пока не открытых частицах или взаимодействиях», — добавил Федор Мартыненко.
Теоретические предсказания, полученные в работе, создают опору для будущих экспериментов на следующем поколении коллайдеров. Ожидается, что благодаря большой статистике и повышенной точности, которые появятся на модернизированном Большом адронном коллайдере (HL?LHC), можно будет начать поиск этих редких процессов.
Тем не менее наиболее полное подтверждение и детальный анализ таких явлений станут возможны на будущих электро?позитронных «фабриках Хиггса» — например, на FCC (Будущий циркулярный коллайдер), ILC, CLIC и CEPC. Именно на этих установках, где будет производиться большое число бозонов Хиггса, ученые смогут обнаруживать подобные редкие каналы распада.