. Na 40. konferencji ICHEP eksperymenty ATLAS i CMS ogłosiły nowe wyniki, które pokazują, że bozon Higgsa rozpada się na dwa miony. Mion jest cięższą kopią elektronu, jednej z cząstek elementarnych, które stanowią zawartość materii we wszechświecie. Podczas gdy elektrony są klasyfikowane jako cząstki pierwszej generacji, miony należą do drugiej generacji. Fizyczny proces rozpadu bozonu Higgsa na miony jest zjawiskiem rzadkim, ponieważ tylko jeden bozon Higgsa na 5000 rozpada się na miony. Te nowe wyniki mają kluczowe znaczenie dla fizyki fundamentalnej, ponieważ wskazują po raz pierwszy, że bozon Higgsa oddziałuje z cząstkami elementarnymi drugiej generacji.
fizycy z CERN badają bozon Higgsa od czasu jego odkrycia w 2012 roku w celu zbadania właściwości tej wyjątkowej cząstki. Bozon Higgsa, powstały w wyniku zderzeń protonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów, rozpada się niemal natychmiast na inne cząstki. Jedną z głównych metod badania własności bozonu Higgsa jest analiza jego rozpadu na różne cząstki podstawowe oraz szybkości rozpadu.
CMS uzyskał dowód tego rozpadu z 3 sigma, co oznacza, że szansa na zobaczenie rozpadu bozonu Higgsa na parę mionową w wyniku fluktuacji statystycznej jest mniejsza niż 1 na 700. Wynik 2-sigma Atlasa oznacza, że szanse są 1 do 40. Połączenie obu wyników zwiększyłoby znaczenie znacznie powyżej 3 sigma i dostarczyłoby mocnych dowodów na rozpad bozonu Higgsa na dwa miony.
„CMS jest dumny, że osiągnął tę wrażliwość na rozpad bozonów Higgsa na miony i pokazał pierwsze eksperymentalne dowody na ten proces. Wydaje się, że bozon Higgsa oddziałuje również z cząstkami drugiej generacji, zgodnie z przewidywaniami Modelu Standardowego, co będzie dalej udoskonalane za pomocą danych, które spodziewamy się zebrać w następnym cyklu”, powiedział Roberto Carlin, rzecznik eksperymentu CMS.
bozon Higgsa jest kwantową manifestacją pola Higgsa, która nadaje masę cząstkom elementarnym, z którymi oddziałuje, za pośrednictwem mechanizmu Brouta-Englerta-Higgsa. Mierząc szybkość rozpadu bozonu Higgsa na różne cząstki, fizycy mogą wnioskować o sile ich oddziaływania z polem Higgsa: im wyższa szybkość rozpadu na daną cząstkę, tym silniejsza jest jej interakcja z polem. Do tej pory eksperymenty ATLAS i CMS zaobserwowały rozpad bozonu Higgsa na różne typy bozonów, takie jak W I Z, oraz cięższe fermiony, takie jak leptony tau. Interakcja z najcięższymi kwarkami, górnymi i dolnymi, została zmierzona w 2018 roku. Miony są znacznie lżejsze w porównaniu, a ich oddziaływanie z polem Higgsa jest słabsze. Interakcje między bozonem Higgsa i mionami nie były zatem wcześniej obserwowane w LHC.
„ten dowód rozpadu bozonu Higgsa na cząstki materii drugiej generacji stanowi uzupełnienie bardzo udanego programu fizyki Higgsa Run 2. Pomiary właściwości bozonu Higgsa osiągnęły nowy etap precyzji i można zająć się rzadkimi trybami rozpadu. Te osiągnięcia opierają się na dużym zbiorze danych LHC, wyjątkowej wydajności i wydajności detektora ATLAS oraz zastosowaniu nowatorskich technik analizy”, powiedział Karl Jakobs, rzecznik ATLAS.
tym, co sprawia, że badania te są jeszcze trudniejsze, jest to, że w LHC na każdy przewidywany rozpad bozonu Higgsa na dwa miony, powstają tysiące par mionów w wyniku innych procesów, które naśladują oczekiwaną sygnaturę eksperymentalną. Charakterystyczną cechą rozpadu bozonu Higgsa na miony jest niewielki nadmiar zdarzeń skupiających się w pobliżu pary mionów o masie 125 GeV, która jest masą bozonu Higgsa. Odizolowanie bozonu Higgsa od oddziaływań pary mionów nie jest łatwe. W tym celu oba eksperymenty mierzą energię, pęd i kąty mionów z rozpadu bozonu Higgsa. Ponadto wrażliwość analiz została poprawiona dzięki takim metodom, jak zaawansowane strategie modelowania tła i inne zaawansowane techniki, takie jak algorytmy uczenia maszynowego. CMS połączył cztery oddzielne analizy, z których każda zoptymalizowana była do kategoryzowania zjawisk fizycznych z możliwymi sygnałami określonego trybu produkcji bozonu Higgsa. ATLAS podzielił swoje wydarzenia na 20 kategorii, które dotyczyły określonych trybów produkcji bozonu Higgsa.
wyniki, które są do tej pory zgodne z przewidywaniami Modelu Standardowego, wykorzystały pełny zestaw danych zebranych z drugiego biegu LHC. Dzięki większej ilości danych, które mają zostać zarejestrowane z kolejnego biegu akceleratora cząstek i przy dużej jasności LHC, współpraca ATLAS i CMS ma osiągnąć czułość (5 sigma) potrzebną do ustalenia odkrycia rozpadu bozonu Higgsa na dwa miony i ograniczenia możliwych teorii fizyki poza Modelem Standardowym, które wpłynęłyby na ten tryb rozpadu bozonu Higgsa.
linki
materiały naukowe
referaty:
CMS fizyka streszczenie analizy:https://cds.cern.ch/record/2725423
Atlas na arXiv:https://arxiv.org/abs/2007.07830
referaty z fizyki:
CMS: https://cmsexperiment.web.cern.ch/news/cms-sees-evidence-higgs-boson-decaying-muons
ATLAS: https://atlas.cern/updates/physics-briefing/new-search-rare-higgs-decays-muons
Event displays and plots:
CMS: https://cds.cern.ch/record/2720665?ln=en
http://cds.cern.ch/record/2725728
ATLAS: https://cds.cern.ch/record/2725717?ln=en
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2019-14
Photos
CMS detector:
https://cds.cern.ch/record/1344500/files/0712017_02.jpg?subformat=icon-1440
https://cds.cern.ch/record/1431473/files/bul-pho-2007-079.jpg?subformat=icon-1440
ATLAS detector: https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0706038/0706038_02/0706038_02-A4-at-144-dpi.jpg
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0705021/0705021_01/0705021_01-A4-at-144-dpi.jpg
CMS muon system:
https://cds.cern.ch/record/2016944/files/IMG_0267.jpg?subformat=icon-1440
https://cds.cern.ch/record/1431505/files/DSC_1432.jpg?subformat=icon-1440
ATLAS muon spectrometer:
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2006/0610010/0610010_02/0610010_02-A4-at-144-dpi.jpg
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0707043/0707043_01/0707043_01-A4-at-144-dpi.jpg
