Geneva. La cea de-a 40-a Conferință ICHEP, experimentele ATLAS și CMS au anunțat noi rezultate care arată că bosonul Higgs se descompune în doi muoni. Muonul este o copie mai grea a electronului, una dintre particulele elementare care constituie conținutul de materie al Universului. În timp ce electronii sunt clasificați ca o particulă de primă generație, muonii aparțin celei de-a doua generații. Procesul fizic al bosonului Higgs care se descompune în muoni este un fenomen rar, deoarece doar aproximativ un boson Higgs din 5000 se descompune în muoni. Aceste noi rezultate au o importanță esențială pentru Fizica fundamentală, deoarece indică pentru prima dată că bosonul Higgs interacționează cu particulele elementare de a doua generație.
fizicienii de la CERN au studiat bosonul Higgs de la descoperirea sa în 2012 pentru a cerceta proprietățile acestei particule foarte speciale. Bosonul Higgs, produs din coliziuni de protoni la Large Hadron Collider, se dezintegrează – denumit dezintegrare – aproape instantaneu în alte particule. Una dintre principalele metode de studiere a proprietăților bosonului Higgs este prin analizarea modului în care acesta se descompune în diferitele particule fundamentale și rata de dezintegrare.
CMS a obținut dovezi ale acestei degradări cu 3 sigma, ceea ce înseamnă că șansa de a vedea bosonul Higgs descompunându-se într-o pereche de muoni din fluctuația statistică este mai mică de una din 700. Rezultatul de două sigma al lui ATLAS înseamnă că șansele sunt una din 40. Combinația ambelor rezultate ar crește semnificația cu mult peste 3 sigma și oferă dovezi puternice pentru descompunerea bosonului Higgs la doi muoni.
„CMS este mândru că a atins această sensibilitate la descompunerea bosonilor Higgs la muoni și a arătat primele dovezi experimentale pentru acest proces. Bosonul Higgs pare să interacționeze și cu particulele de a doua generație, în acord cu predicția Modelului Standard, rezultat care va fi îmbunătățit în continuare cu datele pe care ne așteptăm să le colectăm în următoarea rundă”, a declarat Roberto Carlin, purtătorul de cuvânt al experimentului CMS.
bosonul Higgs este manifestarea cuantică a câmpului Higgs, care dă masă particulelor elementare cu care interacționează, prin intermediul mecanismului Brout-Englert-Higgs. Prin măsurarea ratei la care bosonul Higgs se descompune în particule diferite, fizicienii pot deduce puterea interacțiunii lor cu câmpul Higgs: cu cât este mai mare rata de descompunere într-o particulă dată, cu atât este mai puternică interacțiunea cu câmpul. Până în prezent, experimentele ATLAS și CMS au observat că bosonul Higgs se descompune în diferite tipuri de bosoni, cum ar fi W și Z, și fermioni mai grei, cum ar fi leptonii tau. Interacțiunea cu cei mai grei quarci, partea superioară și inferioară, a fost măsurată în 2018. Muonii sunt mult mai ușori în comparație, iar interacțiunea lor cu câmpul Higgs este mai slabă. Interacțiunile dintre bosonul Higgs și muoni nu au fost, prin urmare, observate anterior la LHC.
„această dovadă a descompunerii bosonului Higgs în particule de materie de a doua generație completează un program de Fizică Run 2 Higgs de mare succes. Măsurătorile proprietăților bosonului Higgs au atins o nouă etapă în precizie și pot fi abordate modurile de descompunere rare. Aceste realizări se bazează pe setul mare de date LHC, eficiența și performanța remarcabilă a detectorului ATLAS și utilizarea unor tehnici de analiză noi”, a declarat Karl Jakobs, purtător de cuvânt ATLAS.
ceea ce face aceste studii și mai provocatoare este că, la LHC, pentru fiecare boson Higgs prezis care se descompune la doi muoni, există mii de perechi de muoni produse prin alte procese care imită semnătura experimentală așteptată. Semnătura caracteristică a degradării bosonului Higgs la muoni este un mic exces de evenimente care se grupează în apropierea unei mase de perechi de muoni de 125 GeV, care este masa bosonului Higgs. Izolarea bosonului Higgs la interacțiunile muon-pereche nu este o ispravă ușoară. Pentru a face acest lucru, ambele experimente măsoară energia, impulsul și unghiurile candidaților muoni din descompunerea bosonului Higgs. În plus, sensibilitatea analizelor a fost îmbunătățită prin metode precum strategii sofisticate de modelare a fundalului și alte tehnici avansate, cum ar fi algoritmii de învățare automată. CMS a combinat patru analize separate, fiecare optimizată pentru a clasifica evenimentele fizice cu semnale posibile ale unui mod specific de producție a bosonului Higgs. ATLAS și-a împărțit evenimentele în 20 de categorii care au vizat moduri specifice de producție a bosonului Higgs.
rezultatele, care sunt până acum în concordanță cu predicțiile modelului Standard, au folosit setul complet de date colectat din a doua rundă a LHC. Cu mai multe date care urmează să fie înregistrate de la următoarea rulare a acceleratorului de particule și cu LHC cu luminozitate ridicată, colaborările ATLAS și CMS se așteaptă să atingă sensibilitatea (5 sigma) necesară pentru a stabili descoperirea descompunerii bosonului Higgs la doi muoni și pentru a constrânge posibilele teorii ale fizicii dincolo de modelul Standard care ar afecta acest mod de descompunere a bosonului Higgs.
link-uri
materiale științifice
lucrări:
CMS analiza fizica rezumat:https://cds.cern.ch/record/2725423
ATLAS hârtie pe arXiv: https://arxiv.org/abs/2007.07830
briefing-uri de fizica:
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
