Один из самых сложных и важных вопросов в современной физике элементарных частиц — это механизм самовзаимодействия бозона Хиггса. Понимание этого процесса критически необходимо для объяснения того, как именно частицы обретают массу и каким образом формировалась наша Вселенная сразу после Большого взрыва.
Международная коллаборация ATLAS представила новые результаты, полученные в ходе детального изучения одного из наиболее информативных каналов распада пары бозонов Хиггса. В рамках этого эксперимента ученые отслеживали события, при которых один бозон распадается на два фотона, а второй — на пару b-кварков. Несмотря на редкость таких событий, именно этот канал обладает высокой точностью измерений.
Для достижения этих результатов исследователи объединили массив данных, накопленный во время второго этапа работы Большого адронного коллайдера (LHC Run 2, 2015–2018 годы), с актуальными данными третьего этапа (LHC Run 3, 2022–2024 годы). Интегральная светимость составила более 300 обратных фемтобарн, где каждый фемтобарн соответствует примерно 100 триллионам протон-протонных столкновений.
Столь внушительный объем накопленных данных крайне важен, так как процесс рождения пары бозонов Хиггса является экстремально редким — он происходит примерно один раз на триллион столкновений. Ситуацию осложняет наличие «шума» от стандартных физических процессов, которые по своим характеристикам мимикрируют под искомый сигнал.
Чтобы выделить полезный сигнал из общего фона, физики использовали передовые методы анализа данных, включая алгоритмы машинного обучения, что позволило значительно повысить чувствительность эксперимента.
Итогом исследования стало установление более строгих ограничений на параметры взаимодействия. Так, величина самовзаимодействия бозона Хиггса, если сравнивать ее с предсказаниями Стандартной модели, была ограничена диапазоном от −1,6 до 6,6. Кроме того, были уточнены пределы для взаимодействия пары бозонов Хиггса с векторными бозонами W и Z — этот параметр теперь ограничен диапазоном от −0,5 до 2,6 относительно теоретических значений.
Эти данные подтверждают, что эксперименты выходят на уровень чувствительности, необходимый для детального изучения «золотого» канала рождения бозонов Хиггса. Это фундаментальный шаг к прямому измерению параметров, которые лежат в основе современной теоретической физики.
Представленная работа служит надежным фундаментом для будущих открытий. Анализ полного набора данных Run 3 и грядущий запуск модернизированного коллайдера High-Luminosity LHC позволят еще сильнее повысить точность измерений. Ученые надеются, что со временем удастся выявить отклонения от предсказаний Стандартной модели, которые могут стать ключом к поиску «новой физики» и более глубокому пониманию устройства мироздания.
