Способы распада бозона Хиггса исследовали сотрудники Самарского университета. По их оценке, полученные данные внесут вклад в развитие Новой физики и помогут точнее предсказывать результаты экспериментов на современных коллайдерах.
Статья с результатами опубликована в журнале Physics of Particles and Nuclei. Бозон Хиггса — это элементарная частица, квант поля Хиггса, который в рамках Стандартной модели отвечает за придание массы другим частицам.
Эта частица была обнаружена в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) после более чем четырёх десятилетий поисков. Открытие стало одним из ключевых достижений XXI века и завершило картину Стандартной модели.
Обнаружение бозона Хиггса открыло путь к детальному исследованию его характеристик и каналов распада, а также стимулировало новые направления в поисках физики за пределами Стандартной модели, включая работу по кандидатурам на роль частиц тёмной материи. На БАК бозон Хиггса возникает в результате сталкивания протонов.
Он существует доли секунды и распадается на другие частицы, которые регистрируют детекторы. Ученые анализируют следы таких распадов, чтобы подтвердить существование бозона и изучить его свойства, в частности с помощью экспериментов ATLAS и CMS.
Исследователи Самарского университета рассмотрели образование связанных состояний тяжёлых кварков и лептонов при распаде бозона Хиггса и проанализировали основные механизмы этих процессов. Работа выполнялась теоретическими методами, отметил ассистент кафедры общей и теоретической физики Самарского университета Фёдор Мартыненко.
«Мы применили аппарат квантовой теории поля для вычисления вероятностей (ширин распада) редких процессов, при которых бозон Хиггса не распадается на свободные частицы, а формирует связанные системы — кварконии (например, чармонии и Bc-мезоны) и лептонии (например, пары мюонов). Такие расчёты позволяют предсказать вероятность этих событий для последующего сравнения с данными современных ускорителей», — сообщил он.
По его словам, изучение подобных 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 точным инструментом для таких измерений.
«Во-вторых, это поможет в поиске Новой физики. Любое отклонение теоретических предсказаний от экспериментальных результатов может указывать на существование явлений за пределами Стандартной модели, например, на новые пока не обнаруженные частицы или взаимодействия», — пояснил Фёдор Мартыненко.
По мнению авторов, полученные теоретические прогнозы станут основой для исследований на коллайдерах следующего поколения. Ожидаемая высокая статистика и улучшенная точность после модернизации Большого адронного коллайдера (HL-LHC) создадут условия для поиска таких редких процессов.
Тем не менее наиболее полная проверка и детальное изучение будут 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 больших количествах, учёные смогут обнаружить и исследовать подобные редкие каналы распада.