Zdarzenia w ATLAS i CMS kandydujące do produkcji bozonu Higgsa w połączeniu z bozonem Z

Bozon Higgsa odkrywa kolejne tajemnice

Nowe analizy pochodzące z detektorów ATLAS i CMS wyznaczają ścisłe granice siły oddziaływania bozonu Higgsa z kwarkiem powabnym. To sprawia, że tzw. boska cząstka ma coraz mniej tajemnic przed fizykami.

Bozon Higgsa został odkryty 10 lat temu. Od tego czasu zespoły pracujące przy detektorach ATLAS i CMS w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) ciężko pracują nad rozwikłaniem tajemnic tej wyjątkowej cząstki. Badają, w jaki sposób bozon Higgsa oddziałuje z cząstkami elementarnymi, czyli kwarkami i leptonami, które tworzą materię. Bozon Higgsa oddziałuje z nimi z siłą proporcjonalną do ich masy. Każde odstępstwo od normy mogłoby być wskazówką na istnienie nowych zjawisk.

Detektory ATLAS i CMS już wcześniej odnotowały oddziaływania bozonu Higgsa z najcięższymi kwarkami i leptonami, co jest zgodne z założeniami Modelu Standardowego. Do tej pory nie udało się jednak zaobserować interakcji bozonu Higgsa z tzw. kwarkiem powabnym – aż do teraz.

Fizycy badają, w jaki sposób bozon Higgsa rozpada się w lżejsze cząstki. Podczas drugiego uruchomienia LHC, uczeni poszukiwali śladów rozpadu bozonu Higgsa na kwark powabny i jego odpowiednik z antymaterii – antykwark powabny.

Czytaj też: Bozon Higgsa – i co dalej?

Model Standardowy wskazuje, że rozpad ten jest dość rzadki i występuje tylko w ok. 3% przypadków. Co więcej, zjawisko to jest niezwykle trudne do namierzenia, ponieważ dwa strumienie cząstek, które powstają w jego wyniku, mogą powstawać w innych procesach z dużo większą szybkością. Fizycy postanowili skupić się na bozonach Higgsa produkowanych razem z bozonami W lub Z rozpadającymi się na elektrony, miony lub neutrina. Do identyfikacji sygnałów pochodzących z kwarków powabnych wykorzystano techniki uczenia maszynowego.

Nie wykazano żadnych oznak rozpadu bozonu Higgsa na kwarki powabne, ale namierzono granice szybkości, z jakimi rozpad ten powinien zachodzić – to 8,5 i 5,5 razy więcej niż przewidywania Modelu Standardowego dla detektorów ATLAS i CMS.

Co z tego wynika? Bardzo ważny wniosek dla fizyków. Okazuje się, że bozon Higgsa oddziałuje inaczej z kwarkami drugiej i trzeciej generacji, co przewiduje Model Standardowy. Trzeba bowiem wiedzieć, że kwarki można podzielić na trzy rodziny (generacje): pierwsza (kwark dolny i górny), druga (kwark dziwny i powabny), trzecia (kwark piękny i prawdziwy).