Исследователи Самарского университета проанализировали механизмы распада бозона Хиггса. По их оценке, полученные данные могут внести вклад в развитие концепций Новой физики и улучшить точность прогнозов для результатов экспериментов на современных коллайдерах. Итоги работы опубликованы в журнале Physics of Particles and Nuclei.
Бозон Хиггса — элементарная частица, квант поля Хиггса, которая в рамках Стандартной модели отвечает за формирование масс других элементарных частиц. Он был обнаружен в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) после более чем сорокалетних поисков. Это открытие стало одним из ключевых достижений XXI века и завершило картину, описываемую Стандартной моделью. Открытие также запустило интенсивные исследования свойств бозона Хиггса и его путей распада, а также стимулировало поиски явлений за пределами Стандартной модели, включая возможные связи с частицами тёмной материи.
На БАК бозон Хиггса рождается в результате столкновений протонов, живёт доли секунды и затем распадается на другие частицы, регистрируемые детекторами. Анализ продуктов этих распадов позволяет учёным подтверждать факт существования бозона и изучать его характеристики, например в экспериментах ATLAS и CMS.
Сотрудники Самарского университета сосредоточились на теоретическом исследовании образования связанных состояний тяжёлых кварков и лептонов в распаде бозона Хиггса и на выяснении ведущих механизмов таких распадов. Как отметил ассистент кафедры общей и теоретической физики СамГУ Фёдор Мартыненко, работа велась методами квантовой теории поля.
«Мы применяли формализм квантовой теории поля для вычисления вероятностей (ширин распада) редких процессов, при которых бозон Хиггса распадается не на свободные частицы, а на связанные системы — кварконии (например, чармонии и Bc-мезоны) и лептонии (например, пары мюонов). Эти расчёты позволяют предсказать величины вероятностей таких событий и затем сравнить их с экспериментальными данными современных ускорителей», — объяснил он.
По словам Мартыненко, изучение подобных экзотических каналов важно по нескольким причинам. Во-первых, это повышает точность определения силы взаимодействия бозона Хиггса с массивными частицами, поскольку распады в связанные состояния являются чувствительным инструментом для таких измерений. Во-вторых, эти исследования содействуют поискам Новой физики: любые расхождения между теоретическими предсказаниями и наблюдаемыми значениями могут сигнализировать о наличии физических явлений, не описываемых Стандартной моделью, например новых частиц или взаимодействий.
Полученные теоретические оценки, по мнению авторов, создают базу для следующих исследований на коллайдерах нового поколения. Повышенная статистика и точность, ожидаемые после модернизации Большого адронного коллайдера (HL-LHC), позволят приступить к поиску таких редких процессов. Тем не менее наиболее полное их изучение станет возможным на будущих электрон-позитронных «фабриках Хиггса» — например, на FCC (Будущем циркулярном коллайдере), ILC, CLIC и CEPC — где бозоны Хиггса будут рождаться в больших количествах, что даст шанс обнаружить и детально исследовать подобные редкие каналы распада.