ATLAS подробно изучает бозон Хиггса

Бозон Хиггса был открыт в 2012 году экспериментами ATLAS и CMS в ЦЕРНе, но его связь с другими частицами остается загадкой.

К счастью, БАК предоставляет множество методов для измерения бозонных связей Хиггса. Существует четыре основных способа получения бозона Хиггса: посредством слияния двух глюонных частиц (слияние глюонов или ggF), слияния слабых векторных бозонов (VBF) или в сочетании с бозоном W или Z (VH) или один или несколько верхних кварков (ttH + tH).

Есть также пять основных каналов, в которых бозоны Хиггса могут распадаться: на пары фотонов, W или Z-бозоны, тау-лептоны или b-кварки. Каждый из этих процессов дает уникальную информацию о свойствах бозона Хиггса.

Благодаря беспрецедентному количеству бозонов Хиггса, образующихся в БАК, все вышеперечисленные способы образования и распада теперь наблюдаются.

В новом результате, представленном коллаборацией ATLAS, с использованием данных, собранных до 2017 года, измерения для каждого из этих процессов достигли порога значимости пяти стандартных отклонений, за пределами которого их существование считается установленным.

Выходы бозона Хиггса для большинства комбинаций образования и распада были измерены (см. рисунок), и было найдено, что они согласуются с предсказаниями Стандартной модели. Измерения сечений для каждого способа в протон-протонных столкновениях при 13 ТэВ, при условии, что распады происходят, как предсказано Стандартной моделью, являются наиболее точными на сегодняшний день.

Физики также начали исследовать бозонную головоломку Хиггса по-новому. В последних анализах вместо подсчета бозонов Хиггса в основных режимах образования и распада, физики ATLAS измерили топологии бозона Хиггса отдельно для меньших областей фазового пространства: различные диапазоны поперечного импульса бозона Хиггса, числа связанных струй и числа и кинематические свойства связанных слабых бозонов и верхних кварков.

Использование этих небольших кусочков головоломки, называемых «упрощенными шаблонными сечениями» (STXS), позволяет физикам лучше отделить процесс измерения от интерпретации с точки зрения теоретических свойств. В конечном счете, это обеспечивает более детальную картину бозонных связей Хиггса на БАК и более строгие тесты Стандартной Модели.

Среди областей STXS, рассматриваемых в анализе, некоторые из них уже были измерены с хорошей точностью на БАК, но отклонений от стандартной модели до сих пор не наблюдалось. Эти измерения позволяют физикам еще больше повысить чувствительность свойств сцепления бозона Хиггса к другим элементарным частицам.

Кроме того, они наложили ограничения на новые физические теории — такие как «модель дублета Хиггса», которая вводит дополнительные бозоны Хиггса, и суперсимметричная модель hMSSM — которые являются более строгими, чем те, о которых ранее сообщал ATLAS.

Эти измерения будут продолжать улучшаться по мере включения большего количества данных из второго прогона и выше, обеспечивая еще более точную картину свойств бозона Хиггса.

Combined measurements of Higgs boson production and decay using up to 80 fb−1 of proton—proton collision data at 13 TeV collected with the ATLAS experiment: atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS … ATLAS-CONF-2019-005/