На Большом адронном коллайдере увидели редкий распад бозона Хиггса на два мюона

18:2005 августа 2020

По данным исследователей, он распался на две элементарные частицы, известные как мюоны.

Специалисты CERN впервые пронаблюдали, как бозон Хиггса распадается на две элементарные частицы – мюоны.

По словам учёных, это первый раз, когда они увидели, как бозон Хиггса — частица, которая, как считается, даёт массу другим элементарным частицам — распадается на пару мюонов. Открытие может стать одним из важнейших аргументов в пользу Стандартной модели физики частиц, чья доказательная база считалась неполной с момента открытия бозона в 2012 году.

«[Наша команда CERN] гордится тем, что достигла такой чувствительности к распаду бозонов Хиггса на мюоны, и демонстрирует первые экспериментальные доказательства этого процесса», – сказал пресс-секретарь CERN Роберто Карлин в пресс-релизе.

Мюоны – это частицы второго поколения. В то время как атомы состоят из частиц первого поколения, таких как электроны, более высокие поколения существуют только в высокоэнергетических средах – например, в лаборатории физики элементарных частиц – и быстро распадаются. Это первый случай, когда учёные увидели, как бозон Хиггса взаимодействует с любыми частицами второго поколения.

Учёным уже приходилось сталкиваться тем, как бозон распадается на сравнительно тяжёлые частицы, но мюоны гораздо легче и меньше взаимодействуют с полем, создаваемым бозоном Хиггса.

«Бозон Хиггса, по-видимому, взаимодействует также с частицами второго поколения в соответствии с предсказанием Стандартной модели, [этот] результат … будет дополнительно уточнён с данными, которые мы ожидаем собрать в следующем запуске», – сказал Карлин.

Фото: Victor Tangermann / Thomas Couley / CERN

Наука

Илья Склюев

Источник: http://21mm.ru

В данной статье мы постарались собрать все основные и актуальные новости из СМИ о данном событии.

Ученые еще немного приблизились к пониманию бозона Хиггса

Физики элементарных частиц в ЦЕРНе объявили о новых результатах, которые приблизят их к пониманию основных сил, формирующих нашу вселенную.

Эксперименты ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРНе, зафиксировали явления, которое никогда не наблюдалось ранее, когда бозон Хиггса распадается на две элементарные частицы, называемые мюоны.

В коллаборациях ATLAS и CMS участвуют представители британских университетов и STFC Резерфордская Appleton Laboratory. Британские институты были членами этих коллабораций с самого их основания и участвовали в разработке, создании и эксплуатации этих огромных детекторов.

Открытие бозона Хиггса в 2012 году на LHC, как известно, послужило доказательством отсутствия фрагмента в Стандартной модели физики частиц, который описывает, как элементарные частицы приобретают массу. С точки зрения нашего понимания материи и основных сил, формирующих Вселенную, это критическая проблема: без массы не было бы того, что мы знаем.

С момента своего открытия бозон Хиггса тщательно изучался физиками, стремящимися выяснить, ведет ли себя эта частица именно так, как и ожидалось в Стандартной модели, или же ее свойства откроют еще большее понимание многих загадок, которые еще предстоит объяснить в фундаментальной физике. Распад бозона Хиггса на мюоны открывает новую главу для исследования его свойств.

Профессор CMS в Великобритании, а также профессор в Лаборатории Резерфорда в Эплтоне Клэр Шепард-Фемистоклеус сказала:

«Необыкновенные возможности эксперимента CMS и изобретательность участников сотрудничества со всего мира, в очередной раз дали прекрасный результат. Наблюдение распадов бозона Хиггса на второе поколение фундаментальных частиц позволяет проверить стандартную модель и открывает новый путь исследования для доказательства физики за пределами нашего нынешнего понимания».

Мюоны, как и электроны, являются элементарными частицами, из которых состоит материя. В то время как электроны классифицируются как частицы первого поколения, мюоны относятся ко второму поколению. Физический процесс распада бозона Хиггса на мюоны является редким явлением, поскольку только один бозон Хиггса из 5000 распадается на мюоны. Эти новые результаты имеют ключевое значение для программы физики ЦЕРН, потому что они впервые указывают на то, что бозон Хиггса взаимодействует с элементарными частицами второго поколения.

Лидер группы CMS доктор Николас Уордл с физического факультета Imperial сказал:

«Ни один из этих результатов не был бы возможен без превосходной подсистемы калориметрии, триггера или отслеживания в CMS».

В физике случайное обнаружение 3-сигма имеет случайность 0,3%, а случайное событие 5-сигма — 0,00006%. Физики традиционно называют обнаружение с 3 сигмами «доказательством», в то время как обнаружение с 5 сигмами считается «открытием».

Эксперимент CMS получил подтверждение этого затухания с 3 сигмами, что означает, что вероятность наблюдаемого результата, возникающего из-за статистического отклонения, составляет менее одного на 700. Результат двух сигм от ATLAS означает, что шансы равны одному на 40. Сочетание обоих результатов увеличит значение значительно выше 3 сигм и продемонстрирует еще более убедительные доказательства распада бозона Хиггса до двух мюонов.

«ATLAS — это чрезвычайно сложная машина, которая обеспечивает невероятно точные измерения и поиск новых явлений. Он был построен благодаря усилиям тысяч физиков по всему миру. Впервые видение такого типа распада является захватывающей вехой, которая открывает совершенно неисследованную область для характеристики сектора Хиггса », — сказал профессор Синеад Фаррингтон, Университет Эдинбурга, официальный представитель британских институтов.

Благодаря большему количеству данных совместная работа повысит точность этих и других измерений и позволит исследовать распад бозона Хиггса, всегда отслеживая отклонения в данных, которые могут указывать на физику за пределами Стандартной модели, пишет UKRI.

Источник: https://kapital-rus.ru

В CERN впервые увидели, как столкновения фотонов порождают W-бозоны — Наука — ТАСС

ТАСС, 5 августа. Физики из проекта ATLAS, которые работают с одноименным детектором Большого адронного коллайдера (БАК), обнаружили первые следы частиц света, которые порождают так называемые W-бозоны. В этом процессе, в отличие от других на БАК, участвуют только частицы-переносчики электрослабых взаимодействий. Об этом пишет пресс-служба CERN.

"Это открытие дает нам возможность использовать БАК в совершенно новом ключе. Подобные наблюдения уникальны, поскольку в этих процессах участвуют только частицы-переносчики электрослабых взаимодействий, тогда как все остальные реакции в коллайдере связаны с сильными взаимодействиями. Когда мы накопим больше данных, то сможем очень точно изучить взаимодействия между переносчиками электрослабых сил и начнем искать в этих процессах "новую физику"",– прокомментировал официальный представитель ATLAS Карл Якобс.

Классические законы физики говорят о том, что одиночные частицы света, фотоны, не должны взаимодействовать между собой. То есть если они пролетят друг через друга, то никаких последствий при этом не будет. В середине прошлого века, с развитием квантовой физики, эти представления пошатнулись и ученые осознали, что на самом деле фотоны могут прямо или косвенно взаимодействовать друг с другом благодаря так называемой поляризации вакуума.

В частности, законы квантовой физики указывают, что при взаимодействии частиц света образуются две "виртуальных" частицы, электрон и позитрон. Практически сразу же они взаимоуничтожаются, благодаря чему образуются новые фотоны. Кроме того, теория допускает, что частицы света могут сталкиваться напрямую, без участия этих "виртуальных" частиц. При этом они обмениваются уже известными и, возможно, неизвестными бозонами, переносчиками фундаментальных взаимодействий.

Большой фотонный коллайдер

Физики давно считали, что это возможно на практике, так как на это указывают аномалии в поведении фотонов внутри сильных магнитных полей. Они заставляют частицы спонтанно расщепляться на пары фотонов или "отскакивать" от ядер атомов. Однако проверить эту теорию на практике до недавнего времени было невозможно. Это стало возможно только в 2017 году, когда участники проекта ATLAS зафиксировали первые следы столкновений внутри БАК.

Недавно Якобс и его коллеги открыли первые следы очень редкого процесса, который связан с взаимодействиями частиц света. По ходу этого процесса сталкиваются два виртуальных фотона, которые возникают в результате движения разогнанных протонов по кольцу БАК. Из-за этого столкновения формируются пары противоположно заряженных W-бозонов. Они возникают словно из ниоткуда, так как породившие их фотоны существуют очень недолго.

Эти бозоны – очень тяжелые частицы, они отвечают за перенос так называемых слабых взаимодействий. Так ученые называют силы, которые управляют поведением субатомных частиц, электронов и нейтрино, а также различными внутренними процессами внутри атомов, в том числе их бета-распадом. Переносящие эти взаимодействия W-бозоны были открыты в 1983 году на ускорителе SPS, который впоследствии стал одним из компонентов БАК.

Участники ATLAS, как отмечает Якобс, начали замечать намеки на превращения пар фотонов в W-бозоны еще во время первого цикла работы БАК. Однако тогда они не успели накопить достаточно статистики для того, чтобы отделить порождаемый ими сигнал от других процессов, которые происходят внутри коллайдера. Эту задачу физики решили во время второго этапа работы ускорителя, который закончился в декабре 2018 года.

Открытие подобных взаимодействий, как отмечают ученые, подтверждает одно из ключевых предсказаний теории электрослабых взаимодействий. Оно указывает на то, что переносчики этих сил должны взаимодействовать друг с другом. Дальнейшие наблюдения, которые Якобс и его коллеги хотят начать вести после перезапуска БАК весной 2021 года, помогут понять, совпадает ли характер этих взаимодействий с предсказаниями теории, что важно с точки зрения поисков следов "новой физики".

Источник: https://nauka.tass.ru

На Большом адронном коллайдере увидели редкий распад бозона Хиггса на два мюона

Эксперименты CMS и ATLAS независимо друг от друга заявили об экспериментальном обнаружении распада бозона Хиггса на два мюона. Анализ данных по протон-протонным столкновениям с энергией 13 тераэлектронвольт в системе центра масс показал, что вероятность этого канала распада в пределах погрешности совпала с предсказаниями Стандартной модели. Это первый зарегистрированный учеными распад бозона Хиггса на частицы второго поколения, что очень важно для фундаментальной физики. Новые данные анонсировали на конференции ICHEP, также ATLAS рассказывает о своих результатах в препринте, а CMS выложил отчет на сайте CERN.

Начиная с открытия бозона Хиггса в 2012 году, ученые в ЦЕРНе подробно изучают его свойства и то, как он взаимодействует с другими элементарными частицами. Согласно Стандартной модели — одной из самых точных и однозначно самой распространенной теории в физике элементарных частиц — бозон Хиггса обладает невероятно коротким временем жизни порядка 10-22 секунды , и сразу после своего рождения должен распадаться. Каналы его распада и их вероятности строго предсказаны теорией, и любое отклонение от этих предсказаний может служить знаком Новой физики за пределами Стандартной модели. Поэтому одной из главных задач экспериментов CMS и ATLAS после открытия знаменитого бозона было накопление данных о его редких распадах.

Одними из главных каналов распада бозона Хиггса являются распады на фермионы — частицы с полуцелым спином. При этом чем больше масса фермиона, тем больше вероятность регистрации распада бозона Хиггса с его участием. Уже были обнаружены распады этой частицы на b-кварк и b-антикварк, а также на два тау-лептона. Эти частицы — одни из самых тяжелых представителей своего класса, и относятся к третьему поколению частиц в Стандартной модели. Но сейчас особо важной задачей для физиков является поиск распадов бозона Хиггса на более легкие частицы первого и второго поколения, вероятность которых существенно ниже уже регулярно наблюдаемых процессов.

Именно ко второму поколению элементарных частиц и относятся мюоны, на которые бозон Хиггса распался в свежих экспериментальных данных CERN. Всего по такому каналу проходит примерно 1 из 5000 всевозможных распадов бозона Хиггса, что делает его самым редким из ныне зарегистрированных распадов этой частицы. Согласно новым данным, и ATLAS, и CMS в пределах погрешности попали в предсказания Стандартной модели по вероятности зарегистрированного распада. Тем не менее в результатах двух экспериментов есть отличия в достигнутой статистической точности доказательства существования распада бозона Хиггса на два мюона: CMS достиг показателя 3 σ, а ATLAS — только 2 σ. Это означает, что в случае CMS полученные данные могут оказаться статистической флуктуацией в одном случае из 700, в то время как ATLAS может говорить об ошибке в одном случае из 40.

Отдельную сложность в регистрации распада бозона Хиггса на два мюона составляет тот факт, что мюонная пара может родиться в сотнях различных регистрируемых событий, во многообразии которых необходимо найти единственный нужный распад. Для этого физики искали в экспериментальных данных такие два мюона, что сумма их масс равна массе бозона Хиггса, которая составляет 125 гигаэлектронвольт. При этом такие мюоны должны вылетать из одной точки пространства, что делает необходимым анализ не только их энергии, но и направления их движения. В решении этой задачи были использованы машинное обучение, многоступенчатое моделирование фоновых процессов, и многие другие техники улучшения чувствительности регистрации искомого распада.

Конечно, исследователи в CERN не останавливаются на этом достижении. С началом работы обновленного Большого адронного коллайдера с увеличенной светимостью ученые продолжат собирать данные по этому редкому распаду, тем самым планируя выйти на статистическую точность в 5 σ и с полной уверенностью заявить об открытии распада бозона Хиггса на два мюона. Это также позволит увеличить точность в определении вероятности данного распада, что, в случае совпадения новых данных со Стандартной моделью, позволит еще сильнее ограничить Новую физику.

Подробнее о Стандартной модели, бозоне Хиггса и Большой адронном коллайдере можно почитать в нашем материале к юбилею этой легендарной экспериментальной установки «С Днем Рождения, БАК!». О том, почему редкие распады элементарных частиц так интересны физикам, мы писали в недавней новости про редкий распад К-мезона.

Никита Козырев

Источник: https://nplus1.ru

Смотрите видео: Дмитрий Казаков: Как устроен мир. От атомов к ядрам и элементарным частицам.

Оцените статью
Добавить комментарий