В сердце гигантского коллайдера LHC, где атомы разгоняются до невероятных скоростей, скрывается тайна формирования массы во Вселенной – бозон Хиггса. Его взаимодействие с элементарными частицами, известными как кварки, является ключом к этой тайне. Коллаборация ATLAS, одна из ведущих научных групп LHC, неустанно исследует эти взаимодействия, стремясь пролить свет на фундаментальные законы физики.
Поиск “аромата” в струйках частиц
Но как же измерять столь непрямое взаимодействие? Бозон Хиггса, подобно волшебному фениксу, рождается в столкновениях и быстро распадается на другие частицы. Среди них – кварки, которые сами по себе разделяются на потоки фрагментов, называемых “струями”. Представьте струи как цветные взрывы, каждый из которых несёт информацию о типе кварка, породившего его.
- Струйная маркировка: детекторы ATLAS, словно опытные химики, анализируют эти “цветные” потоки, определяя их “аромат” – тип кварка.
- Усовершенствованные методы: Новые алгоритмы, разработанные ATLAS, позволили значительно повысить точность этой маркировки, особенно для тяжелых чармовых и донных кварков.
Благодаря этим усовершенствованиям чувствительность анализа возросла на 15% для распада бозона Хиггса на пару донных кварков (H→bb) и в три раза – для распада на пару чармовых кварков (H→cc). Это открыло новые горизонты для изучения редких процессов.
Первое наблюдение: WH, ZH и тайна бозонов
Эти улучшенные измерения позволили ATLAS впервые зарегистрировать процессы образования бозона Хиггса в паре с W- или Z-бозонами (WH, ZH) и последующего распада на пару донных кварков. Сигнал этих процессов был зафиксирован с впечатляющей статистической значимостью: 5,3σ для WH, H→bb и 4,9σ для ZH, H→bb.
Распад бозона Хиггса на чармовые кварки (H→cc) – событие крайне редкое, подавляемое по массе в 20 раз по сравнению с распадом на донные. Тем не менее, ATLAS установил строгий верхний предел для этого процесса, который все же превышает предсказания Стандартной модели.
Топ-кварк: корона Хиггса
Особое внимание уделено взаимодействию бозона Хиггса с самым тяжелым из кварков – топ-кварком. Этот процесс, ttH, H→bb, представляет собой сложную физическую головоломку с множеством возможных сценариев.
ATLAS, подобно детективам, проанализировал множество фоновых процессов, связанных с топ-кварками, и сумел повысить чувствительность анализа в два раза. В результате получено измерение уровня сигнала для образования ttH, H→bb, равное 0,81 ± 0,21, согласующееся с предсказаниями Стандартной модели.
Будущее: HL-LHC и открытие новых граней
Новые методы анализа и данные из текущего исследования 3 продолжают совершенствовать наше понимание этих взаимодействий. Ожидания от БАК с высокой светимостью (HL-LHC) особенно высоки – там обнаружение распада бозона Хиггса на чармовые кварки станет практически реальностью.
Исследования ATLAS открывают все новые грани тайны бозона Хиггса, приближая нас к полному раскрытию механизмов формирования массы во Вселенной. Каждая новая деталь, каждый измеренный параметр – это шаг к более глубокому пониманию фундаментальных законов природы.
