На пороге новой физики. Измерения распада бозона Хиггса не согласуются с ведущей теорией

Открытие бозона Хиггса в 2012 году вызвало значительный интерес, предложив объяснение массы субатомных частиц. Недавние эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК) показали неожиданно высокую скорость распада бозона Хиггса на Z-бозоны и фотоны, что предполагает существование потенциально новой физики. Пока еще слишком рано говорить о том, показывают ли новые данные наличие неизвестных явлений, но дальнейший анализ вскоре может ответить на этот вопрос. Об этом пишут авторы новой статьи, опубликованной в журнале Physical Review Letters, пишет BigThink.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Бозон Хиггса

В 2012 году физики объявили об открытии субатомной частицы под названием бозон Хиггса. Эта частица была впервые предложена в 1964 году как объяснение того, почему субатомные частицы, такие как электроны, имеют массу.

Хотя физики были уверены, что нашли бозон Хиггса, они не были уверены на все 100%. Данные были предварительными, и чтобы быть полностью уверенными в успехе, необходимо было провести дополнительную проверку и в течение следующих 10 лет многие измерения подтвердили это открытие. Но новые данные, полученные физиками на БАК, предлагают дальнейшее развитие истории, связанной с бозоном Хиггса.

Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает, что бозон Хиггса может распадаться несколькими различными способами, причем каждый распад происходит с разной скоростью. Многие из предсказанных распадов физики уже обнаружили и измерили их скорость. Эти измерения хорошо согласовались с предсказаниями Стандартной модели.

Редкий распад бозона Хиггса

Однако до недавнего времени физики не наблюдали одного конкретного распада. Это распад бозона Хиггса на фотон (высокоэнергетическую версию обычного света) и Z-бозон (частицу, похожую на свет, но более тяжелую). Z-бозоны очень нестабильны и распадаются за крошечную долю секунды.

Согласно Стандартной модели, на каждые 10 000 распадов бозона Хиггса в 15 случаях он должен распадаться на Z-бозон и фотон. Поскольку бозоны Хиггса сами по себе являются редким явлением, обнаружить именно этот распад очень сложно.

Для того, чтобы обнаружить этот распад ученые объединили данные детекторов ATLAS и CMS, размещенных на БАК. В результате были найдены доказательства того, что редкий распад бозона Хиггса на фотоны и Z-бозоны все же произошел. Но физики выяснили, что скорость распада оказалась намного выше, чем ожидалось. Измерения показали, что этот распад происходит примерно в 34 случаях из каждых 10 000, то в 2,2 раза больше, чем предсказывает Стандартная модель.

Новая физика?

Авторы статьи пишут, что это может быть обычная статистическая случайность. Но это также может означать, что ученые увидели первые намеки на существование неизвестной физики.

Бозоны Хиггса не распадаются напрямую на Z-бозон и фотон, это многоэтапный процесс. Например, бозон Хиггса может сначала распасться на две очень тяжелые частицы под названием t-кварки. После этого один из t-кварков выпускает Z-бозон, а затем сливается с другим t-кварком и они превращаются в фотон. Но это не единственный способ, при котором происходит редкий распад бозона Хиггса, ведь, возможно, существуют неизвестные частицы, которые также могут принимать участие в этом процессе. Поэтому именно эти частицы, возможно, являются причиной более высокой скорости распада бозона Хиггса.

Авторы пишут, что еще рано делать какие-то заявления о том, что такие частицы были обнаружены и что они вообще существуют. И тем более рано говорить о какой-то новой физике. Для начала нужно убедиться, что наблюдаемые измерения не были статистической случайностью. Анализ данных продолжается, хотя готовятся и новые эксперименты, которые смогут прояснить ситуацию.

Как уже писал Фокус, появился проект нового более мощного ускорителя частиц, чем БАК, эксперименты на котором помогут обнаружить неизвестные элементарные частицы, как считают физики.