Специалисты Самарского университета провели исследование, посвященное процессам распада бозона Хиггса. По их мнению, полученные данные помогут расширить представления о Новой физике и улучшат точность прогнозов экспериментальных результатов, получаемых на современных коллайдерах.
Материалы работы опубликованы в издании Physics of Particles and Nuclei. Бозон Хиггса — это фундаментальная частица, квант поля Хиггса, которая в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц отвечает за формирование массы у других элементарных частиц.
Эта частица была выявлена в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) после более чем 40 лет поисков. Такое открытие стало одним из ключевых достижений XXI века, завершившим построение Стандартной модели.
Обнаружение бозона Хиггса положило начало глубокому исследованию его характеристик и процессов распада, а также открыло новые направления для изучения физики за рамками Стандартной модели, в том числе связанной с поиском частиц темной материи. Бозон Хиггса рождается в результате столкновений протонов на БАК.
Жизненный срок бозона составляет лишь доли секунды, после чего он распадается на другие частицы, которые регистрируются детекторами. На основе анализа этих продуктов распада физики подтверждают существование бозона и исследуют его свойства, например, с помощью экспериментов ATLAS и CMS.
В Самарском университете ученые рассмотрели образование связанных состояний тяжелых кварков и лептонов в ходе распада бозона Хиггса, проанализировав ключевые механизмы данного процесса. Исследование было выполнено на теоретическом уровне, как отметил ассистент кафедры общей и теоретической физики Самарского университета Федор Мартыненко.
«Мы применили методы квантовой теории поля для вычисления вероятностей (ширин распада) редких реакций, при которых бозон Хиггса распадается не на отдельные свободные частицы, а на связанные комплексы — кварконии (такие как чармонии и Bc-мезоны) и лептонии (например, пары мюонов). Эти вычисления позволяют предсказать вероятность данных процессов для последующего сравнения с результатами современных ускорителей», — рассказал он.
По словам Мартыненко, изучение таких необычных каналов распада имеет важное значение по нескольким причинам. Во-первых, это способствует повышению точности оценки взаимодействия бозона Хиггса с тяжелыми элементарными частицами, поскольку распады в связанные состояния используются как чувствительный инструмент для таких измерений.
«Во-вторых, это направление помогает в поиске сигналов Новой физики. Любые расхождения между предсказаниями и экспериментальными данными могут указывать на существование новых, ещё не обнаруженных частиц или взаимодействий за пределами Стандартной модели», — пояснил Федор Мартыненко.
Ученые считают, что их теоретические выводы создают фундамент для будущих исследований на коллайдерах следующего поколения. Повышенная статистика и точность, которые ожидаются после модернизации Большого адронного коллайдера (HL-LHC), откроют возможности для наблюдения подобных редких процессов.
Тем не менее, наиболее полно эти явления можно будет изучить на грядущих электрон-позитронных «фабриках Хиггса», таких как FCC (будущий циркулярный коллайдер), ILC, CLIC и CEPC. Именно на этих установках, где бозоны Хиггса будут производиться в большом количестве, исследователи смогут выявить и подробно проанализировать такие редкие распады.