Вперше вчені зафіксували одночасне продукування бозонів Гіґґса та t-кварків – найтяжчих зі всіх відомих елементарних частинок. Це унікальне поєднання зафіксували одразу два детектори на Великому адронному колайдері у Європейському центрі ядерних досліджень (CERN). Вони підтверджують передбачення механізму Гіґґса, який надає частинкам їхню масу, а також і стандартну модель у фізиці елементарних частинок.
Ці сліди частинок на детекторі ATLAS вказують на одночасне продукування бозонів Гіґґса та t-кварків. Зображення: CERN.
Коли в червні 2012 року фізики повідомили про відкриття бозонів Гіґґса, це стало сенсацією. Адже ці частинки та пов’язане з ними поле вважають механізмом, через який частинки отримують свою масу. Згідно з теорією, найтяжча елементарна частинка, t-кварк, мала б сполучатися з бозоном Гіґґса – тільки в такому випадку вона може отримати таку велику масу.
Проте чи існує таке сильне поєднання, дотепер залишалося нез’ясованим. Тож пошуки доказів того, що це можливо, були одним із найважливіших завдань другого циклу роботи Великого адронного колайдера (ВАК) – найсильнішого прискорювача частинок у світі.
Проблема: якщо це поєднання існує, при зіткненні протонів мав би виникати бозон Гіґґса разом із парою, що складається з t-кварка та анти-t-кварка. Проте цей так званий ttH-процес на диво рідкісний: «Лише 1 % бозонів Гіґґса виникає разом з t-кварками», – пояснила Сандра Кортнер (Sandra Kortner) з Інституту фізики імені Макса Планка.
З огляду на те, що t-кварки також нестабільні, цей процес можна виявити лише опосередковано через частинки, які виникають при їхньому розпаді. При цьому ttH-процес мав би залишати на детекторі виразний складний підпис.
Нещодавно вченим вдалося виявити якраз цей слід – незалежно один від одного одразу на двох детекторах ВАК. «Ми направду пишаємося, що разом можемо оголосити про спільне продукування t-кварків та бозонів Гіґґса, – сказав Фабіо Церутті (Fabio Cerutti) з експерименту ATLAS. – Це дуже важливий результат і справжня віха в фізиці елементарних частинок».
Дані на детекторі CMS, що доводять одночасне продукування t-кварків, анти-t-кварків та бозонів Гіґґса, перетнули похибку 5 сигм і вважаються офіційним доказом. Зображення: CERN.
Зафіксовані на детекторі CMS підписи частинок, на вигляд як дари на кривій, досягають значимості 5 сигм, повідомляють учені. В фізиці елементарних частинок це вважають офіційним порогом доказу. Й на детекторі ATLAS виявили схему часинки, передбачену для ttH-процесу, – тут значимість навіть перетнула позначку 5 сигм.
Ці результати – важливий крок до розуміння маханізму Гіґґса, що наділяє елементарні частинки їхньою масою. «Вимірювання на CMS та ATLAS надають вагомі докази того, що бозони Гіґґса насправді мають ключове значення для великої маси t-кварків», – поясвнив Карл Якобс (Karl Jacobs), речник експерименту ATLAS.
«Сильні поєднання бозонів Гіґґса з тяжкими частинками – ключове передбачення для механізму Гіґґса. І це вперше ці процеси можна експериментально верифікувати з допустимою похибкою», –– сказав Якобс.
Науковці пояснюють: їхні результати підтверджують не лише механізм Гіґґса, а й загальну стандартну модель фізики елементарних частинок. Адже якби ttH-процес не підтвердився, це можна було б сприйняти ймовірним доказам того, що існує фізика по той бік стандартної моделі. Проте дотепер вона вистояла всі випробовування.
«У листопаді 2018 року ATLAS і CMS завершать свої записи, й ми матимемо достатньо подій, аби ще детальніше перевірити передбачення стандартної моделі для ttH-процесу, – пояснив Джоль Батлер (Joel Butler), речник проекту CMS. – Тоді ми побачимо, чи в цих даних не ховаються ще докази чогось нового».
Результати своїх досліджень вчені представили 4 червня на конгресі фізиків Великого адронного колайдера в Болоньї, одній з найважливіших зустрічей у галузі.
CERN, Max-Planck-Institut für Physik, DESY, 05/06/2018
Зреферувала С. К.
07.06.2018