Физики CERN снова приблизились к одному из самых трудных измерений в современной физике частиц: они пытаются увидеть, как бозон Хиггса взаимодействует сам с собой.
Это не игра слов. Бозон Хиггса — проявление поля, связанного с происхождением массы элементарных частиц. Но чтобы понять свойства самого поля, недостаточно наблюдать одиночные бозоны. Нужно зарегистрировать намного более редкое событие — рождение сразу двух бозонов Хиггса в одном столкновении протонов.
Почему «два Хиггса» так важны
В Стандартной модели — лучшем на сегодня описании элементарных частиц — поле Хиггса должно взаимодействовать с самим собой. Эта самосвязь влияет на форму энергетического «ландшафта» вакуума, то есть состояния с наименьшей энергией, в котором существует наша Вселенная.
Измерение не обещает немедленно ответить, устойчив ли вакуум навечно. Но оно даёт один из прямых способов проверить, правильно ли Стандартная модель описывает механизм Хиггса, или за привычной картиной скрывается новая физика.
Именно поэтому пары бозонов Хиггса — одна из ключевых целей Большого адронного коллайдера. Проблема в редкости процесса: по расчётам, на примерно 1 500 одиночных бозонов Хиггса приходится лишь одна пара. А после рождения частицы почти мгновенно распадаются на другие, и учёным приходится восстанавливать исходное событие по их следам в детекторах.
Что увидели ATLAS и CMS
Две главные коллаборации БАК — ATLAS и CMS — представили новые результаты поиска в одном из наиболее информативных каналов. В нём один бозон Хиггса распадается на пару b-кварков, а второй — на пару тау-лептонов.
Учёные объединили данные предыдущих запусков коллайдера с данными третьего запуска и использовали более совершенные методы анализа, включая машинное обучение. Это позволило заметно сузить диапазон возможной частоты рождения пар.
ATLAS получил избыток событий с локальной статистической значимостью 2,6 сигма по сравнению с гипотезой полного отсутствия сигнала. Это интересный намёк, но не наблюдение: в физике частиц для заявления об открытии требуется уровень около 5 сигма. Результат ATLAS также совместим с предсказанием Стандартной модели. CMS, в свою очередь, исключил варианты, где пары Хиггса рождались бы более чем примерно в четыре раза чаще, чем ожидает Стандартная модель.
Осторожный оптимизм вместо «открытия»
Самое честное описание новости: физики не открыли новый эффект, но ощутимо улучшили чувствительность к нему. Это именно та стадия, когда научная работа становится похожа на настройку радиоприёмника: шум уже не полностью скрывает сигнал, однако принимать его за музыку ещё рано.
Следующий шаг — объединить полный массив данных второго и третьего запусков БАК и все доступные каналы распада. Позже, в эпоху High-Luminosity LHC, коллайдер должен собрать примерно в шесть раз больше данных. Это повысит шансы наконец измерить самовзаимодействие Хиггса напрямую.
Если такой результат будет получен, он станет не просто ещё одной галочкой в таблице открытий. Он позволит проверить один из самых глубоких вопросов физики: почему поле, пронизывающее всю Вселенную, имеет именно такие свойства — и не прячет ли оно за собой новую, пока невидимую физику.