Загадочный распад бозона Хиггса: что он говорит нам о природе частиц?

На прошлой неделе на конференции по физике Большого адронного коллайдера исследователи из CERN, ответственные за эксперименты ATLAS и CMS , совместно сообщили о первых свидетельствах распадения бозона Хиггса на Z-бозон (электрически нейтральный переносчик слабого взаимодействия) и фотон.

Бозоны Хиггса могут распадаться различными способами. Например, они могут разделиться на пару лептонов — электрон и позитрон, или на пару тяжелых родственников электрона — мюонов. Также возможен распад бозона Хиггса на два фотона. Однако бозон Хиггса никогда не переходит в фотоны напрямую.

Вместо этого от бозона Хиггса до фотонов «распады происходят через промежуточный цикл виртуальных частиц, которые появляются и исчезают и не могут быть прямо обнаружены. Эти виртуальные частицы могут включать новые, ещё не открытые частицы, которые взаимодействуют с бозоном Хиггса», — говорится в сообщении CERN.

Так же, как и при распаде на два фотона, бозон Хиггса, который распадается на Z-бозон и фотон, проходит через те же циклы виртуальных и потенциально неизвестных частиц. Но это еще не всё: результаты экспериментов ATLAS и CMS также предполагают, что Стандартная модель физики элементарных частиц, которую должен был завершить бозон Хиггса, на самом деле указывает на теории, которые расширяют Стандартную модель.

Согласно Стандартной модели и данным CERN, около 0,15 процента бозонов Хиггса должны распадаться на Z-бозон и фотон, но данные показывают, что это происходит примерно в 6,6 процентах распадов, зафиксированных Большим адронным коллайдером. В теоретических моделях, которые расширяют Стандартную модель за счёт других частиц, скорость распада бозона Хиггса на Z-бозон и фотон существенно отличается от 0,15 процента, предсказанного Стандартной моделью. Другими словами, происходит что-то интересное и потенциально революционное.

«Благодаря тщательному сочетанию индивидуальных результатов ATLAS и CMS мы сделали шаг вперед к разгадке ещё одной загадки бозона Хиггса», — сказала Памела Феррари, координатор по физике ATLAS.

Конечно же, нужно ещё оценить достоверность этого открытия, и оно пока что не такое же уверенное, как открытие самого бозона Хиггса учеными из CERN в 2012 году. В то время как свидетельства бозона Хиггса получили статистическую значимость 5-Sigma (примерно эквивалентную вероятности одной ошибки на 3,5 миллиона случаев), распад Z-бозона/фотона получил лишь 3,4-Sigma — всё ещё довольно низкую вероятность того, что это не ошибочное наблюдение.

Тем временем, научное сообщество надеется на то, что больше наблюдений за бозоном Хиггса помогут прояснить ситуацию.