Bozon Higgsa został odkryty w LHC w 2012 r., co stanowiło kamień milowy w fizyce cząstek elementarnych. Trzeba było na niego czekać blisko 50 lat, bo istnienie tzw. boskiej cząstki zasugerował Peter Higgs w 1964 r. Ale za co tak właściwie ona odpowiada? W wyniku tzw. mechanizmu Higgsa pola kwantowe sprzęgają się z polem Higgsa i następuje spontaniczne złamanie symetrii, a bezmasowe cząstki zostają obdarzone masą. To oznacza, że bez bozonu Higgsa nic we Wszechświecie nie miałoby masy.
Czytaj też: Naukowcy z CERN zważyli bozon W. Wyniku znów nie da się wytłumaczyć
Dzięki detektorom ATLAS i CMS coraz więcej wiemy o sposobach powstawania i rozpadu bozonu Higgsa na inne cząstki. Najnowsze wyniki eksperymentów w LHC potwierdziły rzadki proces, w którym bozon Higgsa rozpada się na bozon Z (zeton) – elektrycznie neutralny nośnik oddziaływań słabych – oraz foton, czyli nośnik siły elektromagnetycznej. Zdaniem fizyków to dostarcza pośrednich dowodów na istnienie cząstek wykraczających poza te przewidywane przez model standardowy. Ale gdzie ich szukać?
Bozon Higgsa rozpada się na bozon Z i foton
Zgodnie z przewidywaniami modelu standardowego, bozon Higgsa ma masę 125 GeV, a ok. 0,15 proc. cząstek rozpada się na bozon Z i foton. Jednak fizycy nie są zgodni co do szybkości tego rozpadu, a pomiary dostarczone przez eksperymenty ATLAS i CMS mogą pomóc uściślić tę kwestię.
Czytaj też: Bozon Higgsa żyje bardzo krótko. Najdokładniejsze pomiary w historii
Według danych uzyskanych w LHC, bozon Higgsa nie rozpada się bezpośrednio na bozon Z i foton, a przechodzi przez stadia tzw. wirtualnych cząstek, które pojawiają się i znikają – nie da się ich bezpośrednio wykryć. To właśnie one mogą skrywać nieznane cząstki, które oddziałują z bozonem Higgsa.
Dowodów na rozpad bozonu Higgsa poszukiwano od dawna, także w LHC, ale bezskutecznie. Nie byłoby to możliwe bez połączenia wyników pochodzących z dwóch eksperymentów – ATLAS i CMS – a także zastosowania różnych technik uczenia maszynowego, które skutecznie rozróżniały sygnały pochodzące od potencjalnych cząstek od szumu tła. Ten wysiłek zaowocował pierwszym dowodem na rozpad bozonu Higgsa na bozon Z i foton. Ponieważ istotność statystyczna wynosi w tym przypadku 3,4; zjawisko można uznać za obserwację.
Istnienie nowych cząstek może mieć znaczący wpływ na rzadkie tryby rozpadu bozonu Higgsa. To badanie jest potężnym testem modelu standardowego. Dzięki trwającemu trzeciemu uruchomieniu LHC i przyszłemu High-Luminosity LHC będziemy w stanie poprawić precyzję tego testu i badać coraz rzadsze rozpady Higgsa. Florencia Canelli, koordynatorka CMS
