Изучение взаимодействия бозона Хиггса с очарованными кварками

1 066

С момента открытия бозона Хиггса десять лет назад на Большом адронном коллайдере (БАК) физики коллабораций ATLAS и CMS усердно работают, пытаясь раскрыть секреты этой особой частицы. В частности, они подробно изучают, как бозон Хиггса взаимодействует с фундаментальными частицами, такими как частицы, из которых состоит материя, кварки и лептоны. 

Стандартной модели физики элементарных частиц эти частицы материи делятся на три «поколения» возрастающей массы, и бозон Хиггса взаимодействует с ними с силой, пропорциональной их массе. Любое отклонение от этого поведения будет четким признаком новых явлений.

ATLAS и CMS ранее наблюдали взаимодействия бозона Хиггса с самыми тяжелыми кварками и лептонами третьего поколения, которые в пределах текущей точности измерений согласуются с предсказаниями Стандартной модели.

И они также получили первые указания на то, что бозон Хиггса взаимодействует с мюоном, лептоном второго поколения. Однако им еще предстоит наблюдать его взаимодействие с кварками второго поколения.

В двух недавних публикациях ATLAS и CMS сообщают об анализе, который накладывает жесткие ограничения на силу взаимодействия бозона Хиггса с очарованным кварком (charm quark), кварком второго поколения.

ATLAS и CMS изучали взаимодействие бозона Хиггса, наблюдая за тем, как бозон трансформируется или «распадается» на более легкие частицы или как он образуется вместе с другими частицами.

В своих последних исследованиях, используя данные второго запуска БАК, две команды искали распад бозона Хиггса на очарованный кварк и его аналог из антивещества, очарованный антикварк.

В Стандартной модели этот распад происходит относительно редко, всего в 3% случаев. Более того, распад чрезвычайно трудно обнаружить, потому что два потока, или «струи», частиц, которые он генерирует, также могут быть произведены другими процессами с гораздо большей скоростью.

Кварки являются бесструктурными, точечными частицами; это было проверено вплоть до масштаба примерно 10−16 см, что примерно в тысячу раз меньше размера протона. Кварки естественным образом группируются в три так называемые поколения. Первое поколение — нижний и верхний кварк, второе — странный и очарованный, третье — прелестный и истинный. Каждому кварку соответствует антикварк — античастица с противоположными квантовыми числами.

Чтобы легче идентифицировать этот распад, ATLAS и CMS нацелили свои поиски на бозоны Хиггса, образующиеся вместе с бозоном W или Z, распадающимся на электроны, мюоны (W, Z) или нейтрино (Z), и они использовали сложные методы машинного обучения для идентификации струй, исходящих из очарованных кварков. Поиск CMS также искал бозоны Хиггса с большим импульсом или «ускоренные», которые приводят к схлопыванию двух «очарованных» струй в одну широкую.

Ученые не обнаружили в данных существенных признаков распада бозона Хиггса на очарованные кварки, но их анализ установил ограничения на скорость, с которой должен происходить этот распад, когда бозон Хиггса производится вместе с бозонами W и Z.

Эти границы соответствуют верхним пределам силы взаимодействия бозона Хиггса с очарованным кварком, в 8,5 и 5,5 раз превышающим предсказание Стандартной модели для ATLAS и CMS соответственно.

Затем ATLAS объединил свой анализ с измерением распада бозона Хиггса на прелестные кварки (beauty quark), продемонстрировав, что бозон Хиггса слабее взаимодействует с очарованным кварком, чем с прелестным. Другими словами, они обнаружили, что бозон Хиггса по-разному взаимодействует с кварками второго и третьего поколения, как и предсказывает Стандартная модель.

Интересно, что исследование CMS позволило ученым из CMS впервые наблюдать на адронном коллайдере распад Z-бозона на очарованные кварки — это дополнительное наблюдение, которое стало результатом шага проверки в их поисках распада бозона Хиггса на очарованные кварки.

Direct constraint on the Higgs-charm coupling from a search for Higgs boson decays into charm quarks with the ATLAS detector, arXiv:2201.11428v1 [hep-ex], doi.org/10.48550/arXiv.2201.11428
Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии