Узгодивши результати кількарічних аварій протонів у двох різних детекторах на Великому адронному колайдері (LHC) Європейської організації ядерних досліджень (CERN), фізики підвищили статистичну точність швидкості знаменитого «віддавання маси». частинка розпалася на фотон і Z-бозон.
Результати, оприлюднені на фізичній конференції LHC у Белграді минулого тижня, далеко не відповідають тим, що можна вважати значними. Але сам процес можна вдосконалити, щоб відточити бульбашку та шипіння квантових рецептів і допомогти визначити, де можуть існувати нові екзотичні сили та будівельні блоки. Частинка Хіггса стала улюбленицею світу фізики в 2012 році, коли докази її існування були підтверджені детекторами ATLAS (або «тороїдальний LHC Apparatus») і CMS (компактний мюонний соленоїд) у CERN.
Мало того, що це був останній запис у цій великій карті частинок – Стандартній моделі – яка має бути експериментально підтверджена; його спостереження обіцяло стати вікном у приховані частини квантової сфери.Здебільшого знання про існування частинки Хіггса та пов’язаного з нею поля означає, що тепер ми розуміємо, чому фундаментальні частинки мають масу.
Оскільки енергія та маса — це різні способи опису одного й того самого типу, зусилля, необхідні для утримання великих, масивних об’єктів разом (як-от атоми, молекули та слони), складають значну частку маси об’єкта. У меншому масштабі зусилля, необхідні більш фундаментальним об’єктам, таким як електрони чи кварки, щоб пробратися крізь поле Хіггса, пояснює, чому вони мають масу спокою, а частинки, як-от фотони, – ні.
Проте стадна природа поля та шипуча піна його бозонів робить його ідеальним кандидатом для пошуку ознак гіпотетичних квантових полів і пов’язаних частинок, які зазвичай не виявляють себе більш очевидними засобами.
«Кожна частинка має особливий зв’язок із бозоном Хіггса, тому пошук рідкісних розпадів Хіггса є пріоритетним», — каже Памела Феррарі, координатор фізики експерименту CERN ATLAS.
Розпад частинки схожий на смерть голуба серед хмарочосів – це відбувається постійно, часто різними способами, але вам пощастить зловити більше ніж кілька дрейфуючих пір’їн як доказ їхнього проходження.
На щастя, підраховуючи всі ці «пір’я» в пилу колайдера, фізики можуть створити картину різних способів, як частинки розпадаються на шматки та швидкоплинно перетворюються на нові речі. Деякі з цих розпадів є відносно поширеними, але для частинки Хіггса перетворення на фотон і Z-бозон із слабкою ядерною силою короткого радіусу дії є подією приблизно одна з тисячі. Або, як передбачено в підручниках, приблизно 0,15 відсотка всіх розпадів Хіггса.
Але це саме те, що ми повинні очікувати від Стандартної моделі. Якою б дивовижною проникливістю не була ця грандіозна теорія, ми знаємо, що колись вона зазнає краху, враховуючи, що в ній мало що можна сказати про темну енергію, що розтягує простір , або викривлення простору й часу, подібне до гравітації.
Будь-які відхилення від цієї цифри можуть бути використані для підтримки альтернативних моделей, які просто можуть залишити достатньо місця для відповідності неприємним фактам. Знати, як покращити найкращу модель фізики, яку ми коли-небудь мали, означає знайти купу аномалій, які зараз неможливо пояснити. Як екзотичні поля та частинки, які здійснюють тонкі та рідкісні дії, які ми зазвичай не помічаємо.
«Існування нових частинок може мати дуже значний вплив на рідкісні моди розпаду Хіггса», — каже Флоренсія Канеллі, координатор з фізики іншого детектора CERN, CMS.
Наразі ці невловимі частинки єдинорогів такі ж міфічні, як і раніше. Результати поки що приблизно знаходяться в діапазоні прогнозів Стандартної моделі.
Тим не менш, даних достатньо, щоб фізики були помірковано впевнені в правильності результатів. Більші прогони, можливо, з використанням кращих технологій, можуть виявити невеликі відмінності, приховуючи велике вікно в абсолютно новий набір теорій.
«Це дослідження є потужним тестом Стандартної моделі», — каже Канеллі. «Завдяки поточному третьому запуску LHC і майбутнього High-Luminosity LHC ми зможемо підвищити точність цього тесту та досліджувати дедалі рідші розпади Хіггса».
