Свойства бозона Хиггса
Сотрудничество ATLAS обнаружило доказательства распада бозона Хиггса на мюоны и улучшило чувствительность к распаду бозона Хиггса на Z-бозон и фотон.
Исследования свойств бозона Хиггса заняли видное место в программе крупной ежегодной конференции по физике — 2025 European Physical Society Conference on High Energy Physics (EPS-HEP), которая прошла на этой неделе в Марселе, Франция. Среди результатов, представленных коллаборацией ATLAS, были два, которые сузили два исключительно редких распада бозона Хиггса.
Первый процесс, находящийся в стадии изучения, — это распад бозона Хиггса на пару мюонов (H→μμ). Несмотря на его редкость — он происходит только в одном из каждых 5000 распадов бозона Хиггса — этот процесс предоставляет наилучшую возможность изучить взаимодействие бозона Хиггса со вторым поколением фермионов и пролить свет на происхождение массы в разных поколениях. До сих пор взаимодействия бозона Хиггса с частицами материи наблюдались только для частиц третьего, самого тяжёлого поколения: тау-лептона и топ- и bottom-кварков.
Второй процесс, который был исследован, — это распад бозона Хиггса на Z-бозон и фотон (H→Zγ), где Z-бозон впоследствии распадается на пары электронов или мюонов. Этот редкий распад особенно интригует, поскольку он происходит через промежуточную «петлю» виртуальных частиц. Если новые, неизвестные частицы вносят вклад в эту петлю, процесс может дать намёки на физику за пределами Стандартной модели.
Эксперимент KATRIN
Эксперимент KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino) — это крупномасштабное исследование, направленное на точное измерение эффективной массы электронного антинейтрино с использованием передовых инструментов, расположенных в Технологическом институте Карлсруэ (KIT) в Германии.
Исследователи, участвующие в этом эксперименте, недавно опубликовали результаты нового анализа данных второй измерительной кампании в журнале Physical Review Letters, которые установили новые ограничения на взаимодействия, включающие нейтрино, которые могут возникнуть из-за неизвестной физики, не объясняемой Стандартной моделью, также известные как общие взаимодействия нейтрино.
«Мы знаем, что за пределами Стандартной модели (BSM) физика скрывается в секторе нейтрино, но мы пока не знаем, как она выглядит», — сказала Кэролайн Фенглер, ведущий аналитик этого поиска. «Именно это побудило нас в прошлом искать различные явления физики BSM с помощью KATRIN, такие как лёгкие и тяжёлые стерильные нейтрино и нарушения лоренц-инвариантности».
Новые взаимодействия, которые начали искать исследователи, могут указывать на существование различных захватывающих физических явлений за пределами того, что не предсказано Стандартной моделью физики элементарных частиц, но которые широко исследовались теоретиками. Например, они могут указывать на присутствие различных гипотетических частиц, включая правосторонние W-бозоны, заряженные бозоны Хиггса и лептокварки.
«Основная цель эксперимента KATRIN — измерить массу нейтрино», — объяснила Фенглер. «Это делается путём высокоточного измерения энергетического спектра электронов, возникающих в результате бета-распада трития, с использованием высокоактивного источника трития и единственного в своём роде спектрометра электронов. Форма зарегистрированного бета-спектра содержит информацию о массе нейтрино и других вкладах физики BSM».
Примечательно, что общие взаимодействия нейтрино, как ожидается, вызовут характерные деформации формы так называемого бета-спектра, который представляет собой распределение энергий электронов, испускаемых во время бета-распада. Коллаборация KATRIN поставила перед собой задачу найти эти деформации бета-спектра в данных, собранных в рамках эксперимента.
«Имея лишь небольшую часть (5%) окончательного набора данных KATRIN, мы уже смогли установить конкурентоспособные ограничения на некоторые из исследуемых новых взаимодействий нейтрино по сравнению с глобальными ограничениями из других экспериментов с низкой энергией», — сказала Фенглер. «Это показывает, что эксперимент KATRIN чувствителен к этим новым взаимодействиям».
Хотя эксперимент KATRIN пока не обнаружил признаков общих взаимодействий нейтрино, он установил конкурентоспособные ограничения на силу этих новых и неуловимых взаимодействий, используя новый экспериментальный подход. Коллаборация KATRIN надеется, что эти ограничения будут способствовать будущим поискам физики за пределами Стандартной модели.
«Мы уже работаем над дальнейшим повышением нашей чувствительности к общим взаимодействиям нейтрино с помощью KATRIN, расширяя набор данных и совершенствуя наш подход к анализу», — добавила Фенглер. «С началом предстоящего этапа TRISTAN в KATRIN в 2026 году, который направлен на поиск стерильных нейтрино с помощью модернизированного детектора, мы получим доступ к другому мощному набору данных, который обещает значительно повысить нашу чувствительность в будущем».