Механизмы распада бозона Хиггса

Механизмы распада бозона Хиггса исследовали ученые Самарского университета. По их мнению, полученные сведения внесут вклад в Новую физику и помогут точнее предсказывать экспериментальные данные современных коллайдеров. Результаты исследования опубликованы в журнале Physics of Particles and Nuclei.

Бозон Хиггса — это элементарная частица, квант поля Хиггса, которая, согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, является ответственной за придание массы другим элементарным частицам. Бозон был открыт в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) в результате экспериментов, которые "охотились" за ним более 40 лет. Это было одно из самых важных открытий XXI века, завершившее Стандартную модель.

Открытие бозона Хиггса дало старт детальному изучению его свойств и особенностей распада и породило новые направления исследований для поисков физики за пределами Стандартной модели, в том числе частицы темной материи.

Бозон Хиггса образуется в результате столкновения протонов на Большом адронном коллайдере (БАК). Он живет доли секунды и распадается на другие частицы, которые фиксируются детекторами. Ученые анализируют следы этих распадов, чтобы подтвердить существование бозона и изучить его свойства, например, с помощью экспериментов ATLAS и CMS.

Ученые Самарского университета изучили образование связанных состояний тяжелых кварков и лептонов в распаде бозона Хиггса и изучили основные механизмы распада. Исследование проводилось теоретическими методами, отметил ассистент кафедры общей и теоретической физики Самарского университета Федор Мартыненко.

"Мы использовали аппарат квантовой теории поля для расчета вероятностей (ширин распада) редких процессов, в которых бозон Хиггса распадается не на свободные частицы, а на связанные системы — кварконии (например, чармонии и Bc-мезоны) и лептонии (например, пары мюонов). Эти расчеты позволяют предсказать, насколько вероятны такие процессы для последующего анализа экспериментальных данных современных ускорителей", — рассказал он.

По его словам, изучение этих экзотических каналов распада крайне важно по нескольким причинам. Во-первых, оно поможет повысить точность измерений силы взаимодействия бозона Хиггса с тяжелыми элементарными частицами, так как распады в связанные состояния служат высокоточным инструментом для таких измерений.

"Во-вторых, исследование внесет вклад в поиск Новой физики. Любые отклонения предсказанных величин от экспериментально измеренных значений могут стать указанием на существование физики за пределами Стандартной модели, например, на наличие новых, еще не открытых частиц или взаимодействий", — пояснил Федор Мартыненко.

Полученные теоретические предсказания, по мнению ученых, закладывают основу для исследований на следующем поколении коллайдеров. Высокая статистика и точность, ожидаемые на Большом адронном коллайдере после модернизации (HL-LHC), позволят начать поиск этих редких процессов. Однако наиболее полная их проверка и детальное изучение станут возможны на будущих электрон-позитронных "фабриках Хиггса", таких как FCC (Будущий циркулярный коллайдер), ILC, CLIC и CEPC. Именно на этих установках, где бозоны Хиггса будут рождаться в большом количестве, ученые смогут обнаружить подобные "редкие" процессы.

Источник: ria.ru