Коли у 2012 році на Великому адронному колайдері (LHC) був відкритий бозон Хіггса, це був останній фрагмент головоломки Стандартної моделі фізики елементарних частинок, частка, яка, як давно передбачалося, існує разом з кварками, електронами, нейтрино, мюонами, глюонами, фотонами і іншими відомими частинками, але які ніколи раніше не спостерігалися. Його роль: фізичний прояв поля Хіггса, властивості Всесвіту, яка, на думку фізиків, наділяє частки масою. Частинки, які проходять через це поле мають більшу масу, ніж ті, які легше проникають.
Інший спосіб поглянути на це: чим більше маса, тим сильніше ця елементарна частинка взаємодіє або з’єднується з бозоном Хіггса (і його полем). Один із способів довести зв’язок між Хіггсом і іншими частинками – подивитися на продукти його розпаду. Існування бозона Хіггса швидкоплинно – як тільки він спливає, частка «живе» всього 15,6 мільярда мільярдів секунди – майже відразу ж розпадаючись на інші частинки. Фізики кажуть, що кожен раз, коли фізики помічають нову частинку розпаду Хіггса, це доводить «зв’язок» між Хіггсом і частинками, що утворилися в результаті його розпаду. І це взаємодія доводить, що поле Хіггса дійсно наділяє частку, що виникає масою.
Ось чому з моменту відкриття Хіггса дослідники шукали натяки на ці продукти розпаду.
Зазвичай Хіггс розпадається на більш масивні частинки, такі як пари нижніх кварків. Але створіть досить бозонів Хіггса в LHC, і деякі з них повинні розпадатися на легші частинки, з якими він з’єднується, наприклад мюони. Якщо Хіггс розпадається на два мюони на LHC, це один з найрідкісніших розпадів, які ми могли виявити для так званої «частки Бога». І це буде вперше доведений зв’язок мюона і Хіггса – який ще раз продемонструє, що елементарна частинка отримує свою масу з поля Хіггса.
Прямо зараз є переконливі, але не вичерпні докази того, що Хіггс розпадається на пари мюонів в LHC. Дослідники, що працюють над даними компактного мюонного соленоїда (CMS), одного з декількох детекторів частинок на LHC, виявили «надлишок» мюонів, які літають навколо LHC. LHC, середа, повна інтенсивних протонів, які стискаються має безліч способів випадкового освітлення мюонів. Доказ того, що Хіггс розпадається на пари мюонів, означає виявлення слабкого сигналу додаткових мюонів на тлі великого фонового шуму.
Цей малюнок округлює дані мюонів, які призводять до очевидного виявлення. Крихітний сплеск близько 126 ГеВ на осі x (маса бозона Хіггса), який важко помітити навіть натренованим оком, передбачає, що бозони Хіггса розпадалися на мюонні пари в детекторі.
Але за допомогою алгоритмів машинного навчання дослідники показали, що цей крихітний урожай непояснених мюонів має всього 0,27% випадкової появи. Як правило, відкриття не вважається доведеним, поки воно не досягне «п’яти сигм», що еквівалентно 0,00006% ймовірності того, що воно є артефактом фонового шуму. Тому дослідник Спіропулу обережно сказав, що зв’язок Хіггса з мюонами ще не доведений.
Майбутні колайдери можуть бути точно налаштовані на масу Хіггса і виробляти достатньо подій, щоб виникли ще більш рідкісні зв’язки. За його словами, у міру того, як детектори стають більш чутливими, вони можуть виявляти розбіжності зі Стандартною моделлю, відкриваючи шлях до нових фізичних ідей.
Читайте також:
- «Вояджер» виявив збільшення щільності космосу за межами Сонячної системи
- Що допомагає охолонути гарячим нейтронним зіркам?