Сверху вниз фотографии детекторов ATLAS и CMS. Кредит: ЦЕРН

Исследования также показывают, что частица становится все более мощным средством для поиска новых неизвестных явлений, которые, если они будут обнаружены, могли бы помочь пролить свет на некоторые из самых больших загадок физики, такие как природа загадочной темной материи, присутствующей в космосе. вселенная.

Бозон Хиггса — это частица проявления всепроникающего квантового поля , известного как поле Хиггса, которое имеет фундаментальное значение для описания Вселенной, какой мы ее знаем. Без этого поля элементарные частицы, такие как кварковые составляющие протонов и нейтронов атомных ядер, а также электроны, окружающие ядра, не имели бы массы, равно как и тяжелые частицы (W-бозоны), несущие заряженный слабый заряд сила, которая инициирует ядерную реакцию, питающую Солнце.

Чтобы изучить весь потенциал данных LHC для изучения бозона Хиггса, включая его взаимодействие с другими частицами, ATLAS и CMS объединяют многочисленные взаимодополняющие процессы, в которых бозон Хиггса производится и «распадается» на другие частицы.

Это то, что коллаборации сделали в своих новых независимых исследованиях, используя свои полные наборы данных LHC Run 2, каждый из которых включает более 10 000 триллионов протон-протонных столкновений и около 8 миллионов бозонов Хиггса — в 30 раз больше, чем во время эксперимента открытие частицы. Каждое новое исследование сочетает в себе беспрецедентное количество и разнообразие процессов образования и распада бозона Хиггса, чтобы получить наиболее точный и подробный на сегодняшний день набор измерений их скорости, а также силы взаимодействия бозона Хиггса с другими частицами.

Все измерения замечательно согласуются с предсказаниями Стандартной модели в диапазоне неопределенностей, зависящих, среди прочего, от распространенности данного процесса. Для силы взаимодействия бозона Хиггса с носителями слабого взаимодействия достигается неопределенность 6%. Для сравнения, аналогичные анализы с полным набором данных запуска 1 привели к 15% неопределенности для этой силы взаимодействия.

«Спустя всего десять лет исследования бозона Хиггса на БАК эксперименты ATLAS и CMS предоставили подробную карту его взаимодействия с носителями силы и частицами материи», — говорит представитель ATLAS Андреас Хеккер. «Сектор Хиггса напрямую связан с очень глубокими вопросами, связанными с эволюцией ранней Вселенной и ее стабильностью, а также с поразительной массой частиц материи. Открытие бозона Хиггса вызвало захватывающую, глубокую и широкую экспериментальную работу, которая будет распространяться на всю программу LHC».

«Создание такого портрета бозона Хиггса на таком раннем этапе было немыслимо до того, как БАК начал работать», — говорит представитель CMS Лука Мальгери. «Причины этого достижения многообразны и включают в себя исключительные характеристики LHC, детекторов ATLAS и CMS, а также искусные методы анализа данных».

Новый комбинированный анализ также обеспечивает, помимо других новых результатов, строгие ограничения на взаимодействие бозона Хиггса с самим собой, а также на новые, неизвестные явления за пределами Стандартной модели, такие как распад бозона Хиггса на невидимые частицы, которые могут составлять темную материю.

ATLAS и CMS продолжат раскрывать природу бозона Хиггса, используя данные запуска 3 LHC, который начнется завтра на новом рубеже высоких энергий, а также данные основного обновления коллайдера, High-Luminosity LHC (HL-LHC). 2029. Предполагается, что в каждом эксперименте третьего прогона будет произведено около 18 миллионов бозонов Хиггса, а в экспериментах на HL-LHC — около 180 миллионов. Коллаборации рассчитывают не только значительно снизить погрешности измерения взаимодействий бозона Хиггса, определенные к настоящему времени, но и наблюдать некоторые взаимодействия бозона Хиггса с более легкими частицами материи и получить первые существенные доказательства взаимодействия бозона с самим собой.