Учасники експерименту ATLAS на Великому адронному колайдері посилили обмеження на перетин народження пар бозона Хіггса і на його константу взаємодії з самим собою. Для цього в загальному масиві даних щодо протон-протонних зіткнень фізики шукали події, в яких один з бозонів розпадався на два гамма-кванти, а інший - на b-кварк і b-антикварк. Поки що отримані обмеження зверху в чотири рази перевищують передбачення Стандартної моделі, але в майбутньому більш точні вимірювання дозволять перевірити теорію на міцність і переконатися в нашому правильному розумінні механізму Хіггса. Результати ATLAS доступні на сайті експерименту.
Бозон Хіггса - це квант хіггсовського поля, яке забезпечує спонтанне порушення симетрії електрослабих взаємодій і призводить до існування маси переносників слабкої взаємодії (W- і Z- бозонів) і її відсутність у глюонів і фотонів. Вперше існування такої частинки було запропоновано Хіггсом в 1964 році, а згодом механізм Хіггса став невід'ємною частиною Стандартної моделі - основоположної теорії в рамках фізики елементарних частинок. Багато в чому саме для експериментального підтвердження існування бозона Хіггса створювався Великий адронний колайдер і конкретно експерименти CMS і ATLAS. Саме вони в 2012 році фактично повідомили (1, 2) про відкриття бозона Хіггса, після чого завдання обох експериментів змістилися в бік вивчення розпадів цієї частинки і пов'язаних з нею рідкісних процесів.
До таких рідкісних процесів відноситься в тому числі і одночасне народження двох хіггсовських бозонів: його ймовірність на три порядку менша, ніж народження одного. За допомогою вивчення перерізів таких подій фізики можуть отримати уявлення про значення константи взаємодії бозона Хіггса з самим собою - важливої характеристики хіггсовського поля. На Великому адронному колайдері народження пар хіггсовських бозонів можна побачити при зіткненні протонів у процесі злиття глюонів. У першому порядку такий процес може відбуватися по двох каналах, причому два цих канали пригнічують один одного (з цього і відбувається його рідкість), і тільки на один з них впливає настільки цікава фізикам константа взаємодії бозона Хіггса з самим собою. Відокремити ці два процеси один від одного допомагає те, що один з них частіше проявляється у випадку, коли сумарна енергія народженої пари бозонів мала, а інший - коли вона велика. Якраз на перетин першого процесу і впливає константа взаємодії хіггсовського бозона з самим собою.
Тепер же учасники експерименту ATLAS провели аналіз накопичених даних щодо протон-протонних зіткнень з енергією в системі центру мас в 13 тераелектронвольт, щоб поліпшити обмеження на перетин процесів народження пар бозонів Хіггса. Вивчення розпадів цих пар на два гамми-кванти, b-кварк і b-антикварк (саме такий канал розпаду найбільш вірогідний у зацікавлених вчених подіях) проходив у кілька етапів. Спочатку фізики поділяли події на низькоенергетичні та високоенергетичні: надалі вони використовувалися для аналізу різних каналів утворення пар хіггсовських бозонів. Потім вчені виділяли події, схожі на очікуваний розпад двох бозонів Хіггса, за допомогою алгоритму машинного навчання на основі розширюваних дерев рішень. За отриманими таким чином даними вчені обчислювали обмеження на переріз відповідного процесу і визначали її залежність від - відносини константи взаємодії хіггсовського бозона з самим собою і її значення, яке пророкує Стандартна модель.
Таким чином фізики отримали обмеження зверху на перетин народження пари бозонів Хіггса в протон-протонних зіткненнях в ході описаних вище нерезонансних процесів: воно склало 130 фемтобарн з довірчою ймовірністю в 95%. Для порівняння: переріз зіткнень двох ядер свинцю при схожій енергії приблизно на 14 порядків більше. Отримані верхня межа приблизно в 4 рази більше значення перерізу, яке пророкує Стандартна модель, а значить збільшення статистики в ході наступних сеансів роботи Великого адронного колайдера дозволить перевірити достовірність цієї теорії в такому рідкісному процесі. Відхилення досліджуваного перерізу від теоретичних передбачень могло б послужити ще однією ознакою Нової фізики, сліди якої вже давно шукають саме в рідкісних процесах і розпадах.
Зараз же отримані дані дозволили обмежити можливий діапазон. її значення було обмежено в межах між _ 1,5 і 6,7. Крім того, експериментатори обмежили і резонансний процес народження пари бозонів Хіггса, в якому останні виникають в ході розпаду проміжної скалярної частинки. Верхня межа на перетин цього процесу опинилася між 610 і 47 фемтобарном для різних значень маси проміжної частинки від 251 гігаелектронвольт (мінімум, визначений двома масами хіггсовського бозону) до 1000 гігаелектронвольт. Отримані обмеження як щодо резонансних, так і щодо нерезонансних процесів утворення пар бозонів Хіггса, виявилися більш ніж удвічі сильнішими, ніж попередні результати ATLAS.
Однак для того, щоб виявити сліди Нової фізики не обов'язково шукати настільки рідкісні процеси, пов'язані з бозоном Хіггса, адже вже зараз дослідникам вистачає статистики для пошуку таких відхилень від Стандартної моделі в розпадах B-мезонів. Так, зовсім недавно учасники експерименту LHCb побачили збільшення статистичної значущості дивацтв у ймовірностях каналів розпаду B-мезону, а перед цим у цьому ж розпаді знайшли аномалії в розподілах імпульсу фрагментів.