_ Rare decay a bosonului Higgs ar putea indica o fizică dincolo de Modelul standard

Fizicienii particulelor au detectat pentru prima dată o nouă degradare a bosonului Higgs, dezvăluind o ușoară discrepanță în predicțiile modelului standard și probabil indicând o nouă fizică dincolo de ea. Descoperirile sunt publicate în revista Physical Review Letters.

Bosonul Higgs, prezis teoretic încă din anii 1960, a fost în cele din urmă detectat în 2012 la laboratorul CERN din Europa. Ca câmp cuantic, pătrunde în întreg spațiul, prin care se mișcă alte particule, dobândind masă prin interacțiunea lor cu câmpul Higgs, care poate fi văzută aproximativ ca un fel de rezistență la mișcarea lor.

Multe proprietăți ale Bosonul Higgs, inclusiv modul în care interacționează cu alte particule și câmpurile asociate acestora, au fost deja măsurate ca fiind în concordanță cu predicțiile modelului standard.

Dar un mod de dezintegrare a lui Higgs care nu a fost încă investigat era unul teoretic. predicția că un boson Higgs s-ar degrada ocazional și ar produce un foton, cuantumul luminii, și un boson Z, care este o particulă neîncărcată care împreună cu cei doi bosoni W transmite forța slabă.

Oamenii de știință de la Colaborările ATLAS și CMS de la CERN au folosit date de la coliziunile proton-proton luate din Run 2 din 2015 până în 2018 pentru a căuta această dezintegrare specială a fotonului Higgs Z+. Large Hadron Collider (LHC) de la CERN este acceleratorul de particule de înaltă energie de lângă Geneva, Elveția, care circulă protonii în direcții opuse în timp ce îi provoacă să se ciocnească în anumite puncte ale detectoarelor, de milioane de ori pe secundă.

Pentru În acest curs, energia în ciocnirea celor doi protoni a fost de 13 trilioane de electroni-volți, chiar sub maximul curent al mașinii, care în unități mai identificabile este de 2,1 microjouli. Este vorba despre energia cinetică a unui țânțar mediu, sau a unui grăunte de sare, care călătorește cu un metru pe secundă.

Teoria prezice că de aproximativ 15 ori la 10.000 de descompunere, bosonul Higgs ar trebui să se descompună într-un boson Z și un foton, cea mai rară dezintegrare din modelul standard. Face acest lucru producând mai întâi o pereche de quarci de top sau o pereche de bosoni W, care ei înșiși se descompun apoi în Z și foton.

Colaborarea Atlas/CMS, lucrată de la peste 9.000 de oameni de știință, a descoperit un „raport de ramificare” sau o fracțiune de dezintegrare de 34 de ori la 10.000 de dezintegrari, plus sau minus 11 la 10.000—2,2 ori valoarea teoretică.

Fracția măsurată este prea mare — 3,4 abateri standard peste cea teoretică valoare, un număr încă prea mic pentru a exclude o întâmplare statistică. Totuși, diferența relativ mare sugerează posibilitatea unei discrepanțe semnificative față de teorie care s-ar putea datora fizicii dincolo de Modelul standard - noi particule care sunt intermediari, alții decât quarcul superior și bosonii W.

Unul. Posibilitatea fizicii dincolo de Modelul Standard este supersimetria, teoria care presupune o simetrie — o relație — între particulele unui semi-spin, numite fermioni și spin întreg, numite bozoni, fiecare particulă cunoscută având un partener cu un spin diferit prin un număr jumătate întreg.

Mulți fizicieni teoreticieni au fost mult timp susținători ai supersimetriei, deoarece aceasta ar rezolva multe enigme care afectează Modelul Standard, cum ar fi diferența mare (1024) dintre punctele forte ale forței slabe și ale gravitației. , sau de ce masa bosonului Higgs, aproximativ 125 gigaelectroni-volți (GeV), este mult mai mică decât scara mare de energie de unificare de aproximativ 1016 GeV.

În experiment, bosonul Z masiv se descompune în aproximativ 3 × 10-25 de secunde, cu mult înainte de a ajunge la un detector. Deci, experimentatorii au compensat uitându-se la energia celor doi electroni sau doi muoni pe care le-ar produce dezintegrarea Z, necesitând ca masa lor combinată să fie mai mare de 50 GeV, o fracțiune semnificativă din masa lui Z de 91 GeV.

"Acest rezultat foarte frumos obținut împreună cu colaborarea CMS. Este, conform predicției modelului standard, cea mai rară stare finală a bosonului Higgs, pentru care am văzut primele dovezi", a declarat Andrew Hoecker, purtător de cuvânt. pentru colaborarea ATLAS.

„Dezintegrarea are loc prin bucle cuantice și este astfel sensibilă la noua fizică într-un mod similar, dar nu chiar în același mod ca și dezintegrarea cu doi fotoni, care a contribuit la descoperirea bosonului Higgs. de către ATLAS și CMS în 2012."

"Acest rezultat este impresionant din mai multe motive", a adăugat Monica Dunford de la colaborarea CMS. „Suntem capabili experimental să măsurăm cu o asemenea precizie aceste procese foarte rare. Sunt un test puternic al Modelului Standard și al posibilelor teorii dincolo de acesta.”

Dunford adaugă că grupurile au obținut date noi în timpul Run 3 la CERN, care a început în iulie 2022, cu 13,6 TeV de energie totală. Chiar și mai multe date vor veni de la High Luminosity Large Hadron Collider, care va furniza de aproximativ cinci ori mai multe coliziuni proton-proton pe secundă. Se estimează că HL-LHC va intra online în 2028.

„Aceste rezultate sunt o previzualizare a ceea ce vom continua să realizăm”, a spus Dunford.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)