Данные эксперимента Atlas указали на редкий распад бозона хиггса.

Ученые коллаборации Atlas увидели сигнал, указывающий на редкий распад бозона хиггса с образованием трех частиц: пары Лептонов и фотона. Такие трехчастичные распады можно использовать для изучения нарушения СР- симметрии. Отчет на сайте коллаборации опубликован.

В 2012 году коллаборации Atlas и CMS сообщили об открытии бозона хиггса. Это было громкое научное событие, так как долгое время бозон хиггса оставался единственной неоткрытой частицей стандартной модели. Его существование объяснило наличие массы у элементарных частиц. Однако в стандартной модели остался ряд других вопросов без ответа. Эта теория не может объяснить асимметрию материи и антиматерии во вселенной, отсутствие нарушения СР- симметрии в квантовой хромодинамике и другие явления.
Существуют расширения стандартной модели и даже совершенно новые объяснения, которые в совокупности называют новой физикой. Некоторые концепции новой физики предсказывают существование других неоткрытых частиц, например, нескольких бозонов хиггса, отличающихся зарядом и четностью. Чтобы очертить границы новой физики, ученые исследуют распады частиц. С этой точки зрения редкие каналы распада бозона хиггса особенно интересны. Отклонения вероятностей распадов от предсказаний стандартной модели могут свидетельствовать о присутствии еще не открытых бозонов хиггса.
Ученые коллаборации Atlas обнаружили в данных второго сезона большого адронного коллайдера редкий распад бозона хиггса на лептонную пару (электроны или мюоны) и фотон.
Есть три основных способа осуществления такого распада: с образованием Лептонов через промежуточный Z - бозон или виртуальный фотон, а также напрямую из бозона хиггса с последующим излучением фотона одним из Лептонов.

В новом анализе физики учли только лептонные пары с инвариантной массой меньше 30 гигаэлектронвольт. В этой области распад через промежуточный виртуальный фотон доминирует над остальными, поэтому вклад других процессов пренебрежимо мал.
Масса бозона хиггса составляет примерно 125 гигаэлектронвольт. Ученые проанализировали диапазон инвариантной массы пары Лептонов и фотона от 110 до 160 гигаэлектронвольт и увидели заметный пик на отметке в 125 гигаэлектронвольт, свидетельствующий о распаде бозона хиггса.

Этот сигнал имеет значимость 3, 2, то есть, 3, 2 стандартного отклонения. С уверенностью о наблюдении нового распада можно говорить, когда это значение составляет от 5. но даже отклонение от фона 3 и выше является серьезным указанием на присутствие сигнала.
Отношение наблюдаемого выхода распада к теоретически предсказанному стандартной моделью составило 1, 5 0, 5. это означает, что измеренное значение согласуется с теоретическими предсказаниями.
Однако наблюдение такого распада все равно может привести к указаниям на новую физику. В трехчастичном распаде бозона хиггса ожидается нарушение CP - симметрии, то есть, симметрии зарядового сопряжения и зеркального отображения. В расширениях стандартной модели бозоны хиггса могут быть СР- четными и СР- нечетными, это делает его важной частицей для изучения нарушения СР- симметрии. Сейчас стандартная модель может объяснить нарушение этой симметрии в экспериментальных данных, но откуда берутся отклонения, достаточные для создания асимметрии материи и антиматерии, остается загадкой.
Физики считают, что прямое наблюдение редких распадов будет возможно после программы по повышению светимости коллайдера (HL - LHC. К сожалению, из-за коронавируса начало программы пришлось отложить.
Про все важные выводы, сделанные по данным второго сезона большого адронного коллайдера, можно прочитать в соответствующей теме. А здесь мы писали о другом редком распаде бозона хиггса, на два мюона. vk. cc/Byvrfr.