Способы распада бозона Хиггса проанализировали исследователи Самарского университета. По их оценке, полученные данные послужат вкладом в развитие Новой физики и помогут улучшить прогнозирование результатов экспериментов современных коллайдеров.
Результаты работы опубликованы в журнале Physics of Particles and Nuclei. Бозон Хиггса — элементарная частица, квант поля Хиггса, которая в рамках Стандартной модели приписывается роли механизма, дающего массу другим элементарным частицам.
Эту частицу обнаружили в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) по итогам многолетних поисков, длившихся более 40 лет. Открытие стало одним из ключевых достижений XXI века и завершило ряд положений Стандартной модели.
Нахождение бозона Хиггса открыло путь к детальному исследованию его свойств и способов распада, а также стимулировало новые направления в поисках физики за пределами Стандартной модели, например, в контексте кандидатов на тёмную материю. На БАК бозон Хиггса рождается при столкновениях протонов.
Он существует лишь доли секунды и распадается на другие частицы, регистрируемые детекторами. Анализируя следы таких распадов, учёные подтверждают наличие бозона и исследуют его характеристики, в том числе в экспериментах ATLAS и CMS.
Исследователи Самарского университета сфокусировались на образовании связанных состояний тяжёлых кварков и лептонов в распадах бозона Хиггса и на основных механизмах этих распадов. Как отметил ассистент кафедры общей и теоретической физики Самарского университета Фёдор Мартыненко, работа выполнялась теоретическими методами.
«Мы применили аппарат 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 (к примеру, пары мюонов). Эти расчёты дают предсказания о частотах таких процессов, что важно для последующей проверки экспериментальными данными современных ускорителей», — рассказал он.
По его словам, изучение таких экзотических каналов распада важно по нескольким причинам. Во-первых, это повысит точность определения силы взаимодействия бозона Хиггса с тяжёлыми частицами, поскольку распады в связанные состояния являются высокоточным инструментом для таких измерений.
«Во-вторых, эти исследования помогут в поисках Новой физики. Любые расхождения между теоретическими предсказаниями и измерениями могут указывать на наличие физики за пределами Стандартной модели, в том числе на существование новых ещё не обнаруженных частиц или взаимодействий», — пояснил Фёдор Мартыненко.
По убеждению авторов, сделанные теоретические предсказания создают основу для исследований на коллайдерах следующего поколения. Ожидаемая высокая статистика и улучшенная точность на модернизированном Большом адронном коллайдере (HL-LHC) позволят начать поиск подобных редких процессов.
Тем не менее полная проверка и подробное изучение этих распадов станут возможны на будущих электрон-позитронных «фабриках Хиггса», таких как FCC (Будущий циркулярный коллайдер), ILC, CLIC и CEPC. На этих установках, где бозоны Хиггса будут производиться в большом количестве, учёные смогут выявить вышеупомянутые редкие каналы распада.