На порозі нової фізики. Вимірювання розпаду бозона Хіггса не узгоджуються з провідною теорією

Відкриття бозона Хіггса у 2012 році викликало значний інтерес, запропонувавши пояснення маси субатомних частинок. Нещодавні експерименти на Великому адронному колайдері (ВАК) показали несподівано високу швидкість розпаду бозона Хіггса на Z-бозони і фотони, що передбачає існування потенційно нової фізики. Поки ще занадто рано говорити про те, чи показують нові дані наявність невідомих явищ, але подальший аналіз незабаром може відповісти на це питання. Про це пишуть автори нової статті, опублікованої в журналі Physical Review Letters, пише BigThink.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Бозон Хіггса

У 2012 році фізики оголосили про відкриття субатомної частинки під назвою бозон Хіггса. Цю частинку було вперше запропоновано 1964 року як пояснення того, чому субатомні частинки, такі як електрони, мають масу.

Хоча фізики були впевнені, що знайшли бозон Хіггса, вони не були впевнені на всі 100%. Дані були попередніми, і щоб бути повністю впевненими в успіху, необхідно було провести додаткову перевірку і протягом наступних 10 років багато вимірювань підтвердили це відкриття. Але нові дані, отримані фізиками на БАК, пропонують подальший розвиток історії, пов'язаної з бозоном Хіггса.

Стандартна модель фізики елементарних частинок передбачає, що бозон Хіггса може розпадатися кількома різними способами, причому кожен розпад відбувається з різною швидкістю. Багато з передбачених розпадів фізики вже виявили і виміряли їхню швидкість. Ці вимірювання добре узгоджувалися з передбаченнями Стандартної моделі.

Рідкісний розпад бозона Хіггса

Однак донедавна фізики не спостерігали одного конкретного розпаду. Це розпад бозона Хіггса на фотон (високоенергетичну версію звичайного світла) і Z-бозон (частинку, схожу на світло, але важчу). Z-бозони дуже нестабільні і розпадаються за крихітну частку секунди.

Згідно зі Стандартною моделлю, на кожні 10 000 розпадів бозона Гіггса в 15 випадках він має розпадатися на Z-бозон і фотон. Оскільки бозони Гіггса самі по собі є рідкісним явищем, виявити саме цей розпад дуже складно.

Для того, щоб виявити цей розпад, вчені об'єднали дані детекторів ATLAS і CMS, розміщених на БАК. У результаті було знайдено докази того, що рідкісний розпад бозона Хіггса на фотони і Z-бозони все ж таки стався. Але фізики з'ясували, що швидкість розпаду виявилася набагато вищою, ніж очікувалося. Вимірювання показали, що цей розпад відбувається приблизно в 34 випадках із кожних 10 000, тобто в 2,2 раза більше, ніж передбачає Стандартна модель.

Нова фізика?

Автори статті пишуть, що це може бути звичайна статистична випадковість. Але це також може означати, що вчені побачили перші натяки на існування невідомої фізики.

Бозони Хіггса не розпадаються безпосередньо на Z-бозон і фотон, це багатоетапний процес. Наприклад, бозон Хіггса може спочатку розпастися на дві дуже важкі частинки під назвою t-кварки. Після цього один з t-кварків випускає Z-бозон, а потім зливається з іншим t-кварком і вони перетворюються на фотон. Але це не єдиний спосіб, за якого відбувається рідкісний розпад бозона Хіггса, адже, можливо, існують невідомі частинки, які також можуть брати участь у цьому процесі. Тож саме ці частинки, можливо, є причиною вищої швидкості розпаду бозона Хіггса.

Автори пишуть, що ще рано робити якісь заяви про те, що такі частинки були виявлені і що вони взагалі існують. І тим більше рано говорити про якусь нову фізику. Для початку потрібно переконатися, що спостережувані вимірювання не були статистичною випадковістю. Аналіз даних триває, хоча готуються і нові експерименти, які зможуть прояснити ситуацію.

Як уже писав Фокус, з'явився проєкт нового потужнішого прискорювача частинок, ніж ВАК, експерименти на якому допоможуть виявити невідомі елементарні частинки, як вважають фізики.