Ученые наблюдали долгожданный распад бозона Хиггса

Через шесть лет после открытия бозон Хиггса распадается на фундаментальные частицы, известные как нижние (даун) кварки. Находка, представленная сегодня на CERN1 в сотрудничестве ATLAS и CMS на большом Адронном коллайдере (БАК), согласуется с гипотезой о том, что всепроникающее квантовое поле за бозоном Хиггса также дает массу Нижнему кварку. Обе команды представили свои результаты к публикации сегодня.

Стандартная модель физики частиц предсказывает, что около 60% времени бозон Хиггса будет распадаться на пару нижних кварков. Тестирование этого предсказания имеет решающее значение, поскольку результат либо окажет поддержку стандартной модели, которая основана на идее о том, что поле Хиггса наделяет кварки и другие фундаментальные частицы массой, либо раскачает ее основы и укажет на новую физику.

Обнаружить этот общий канал распада бозона Хиггса совсем не просто, как показал шестилетний период с момента открытия бозона. Причина сложности заключается в том, что существует много других способов получения нижних кварков при протон–протонных столкновениях. Это затрудняет выделение сигнала распада бозона из фонового «шума», связанного с такими процессами. В отличие от этого, менее распространенные каналы распада бозона Хиггса, которые наблюдались во время открытия частицы, такие как распад на пару фотонов, гораздо легче извлечь из фона.

Чтобы извлечь сигнал, ATLAS и CMS взаимодействуют друг с другом, объединяя данные из первого и второго запусков БАК, которые включали столкновения при энергиях 7, 8 и 13 Тэв. Затем они применили к данным сложные методы анализа. Результатом, как для ATLAS, так и для CMS, стало обнаружение распада бозона Хиггса на пару нижних кварков со значением, превышающим 5 стандартных отклонений. Кроме того, обе команды измерили скорость затухания, которая соответствует прогнозу стандартной модели, в пределах текущей точности измерения.

«Со времени первого экспериментального наблюдения распада бозона Хиггса на Тау-лептоны год назад CMS вместе с нашими коллегами из ATLAS наблюдала связь бозона Хиггса с самыми тяжелыми фермионами: Тау, верхним кварком, а теперь и нижним кварком. Превосходная производительность БАК и современные методы машинного обучения позволили нам достичь этого результата раньше, чем ожидалось», — сказал Джоэл Батлер, представитель CMS collaboration.

«Эксперименты продолжаются на частице Хиггса, которая часто считается порталом в новую физику. Эти прекрасные новые достижения также подчеркивают наши планы по модернизации БАК для существенного увеличения статистических данных. Методы анализа теперь показали, что они достигают точности, необходимой для исследования полного физического ландшафта, включая, надеюсь, новую физику, которая до сих пор скрывается так умело», — сказал директор по исследованиям CERN Экхард Элсен.

Observation of Higgs boson decay to bottom quarks. arXiv:1808.08242 [hep-ex] arxiv.org/abs/1808.08242