На Большом адронном коллайдере измерили массу бозона Хиггса с рекордной точностью

Учёные, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), получили самые точные на сегодняшний день измерения массы бозона Хиггса — фундаментальной частицы в Стандартной модели физики частиц. Эти данные были получены в результате анализа огромного количества столкновений протонов и представлены в июле.

Согласно предположениям, за четыре года на БАК было произведено около 9 миллионов частиц бозона Хиггса. Несмотря на это, наблюдалась лишь ничтожная их доля. Тем не менее, исследователи международной группы, работающие на эксперименте ATLAS, одном из двух детекторов БАК, сумели получить наиболее точные измерения массы бозона Хиггса.

Бозон Хиггса, возникающий из квантового поля, пронизывающего Вселенную и придающего массу другим фундаментальным частицам, является предметом интенсивных исследований. В отличие от других частиц Стандартной модели, массу бозона Хиггса учёные могут определить только экспериментально. Точные измерения крайне важны для понимания взаимодействий между частицами.

Исследователи объединили несколько измерений массы, основанных на распаде частицы, с более точными калибровками. Так они получили значение массы бозона Хиггса в 125.11 гигаэлектронвольт (ГэВ) с погрешностью 0.11 ГэВ, что снижает показатель с 125.35 ГэВ и точностью 0.12 процента, зафиксированными в 2019 году.

Этот результат представляет собой самое точное измерение массы бозона Хиггса, достигнув точности в 0.09 процента. Команда уменьшила статистическую и систематическую неопределённость массы бозона Хиггса, что ранее оставляло значительный простор для интерпретации данных.

Точные измерения помогают физикам проверять предсказания Стандартной модели физики элементарных частиц и выявлять возможные отклонения. Например, в прошлом году самое точное измерение массы бозона W выявило потенциальные трещины в Стандартной модели. Масса бозона W отклонилась от предсказанной на семь стандартных отклонений, что стало неожиданным результатом.

Отклонения такого рода намекают на существование новых или неизвестных явлений за пределами Стандартной модели, которая не объясняет все аспекты Вселенной. Однако точность не означает правильность; возможно, ошибочны измерения, а не теория.

Что касается бозона Хиггса, несмотря на последние измерения, физики ещё далеки от полного понимания его свойств. Бозон Хиггса не всегда появляется с одинаковой массой, а имеет спектр возможных масс, называемый "шириной". В 2022 году учёные уточнили свои оценки "ширины" бозона Хиггса с большей точностью, чем когда-либо прежде.

Уточняя оценки массы бозона Хиггса, физики приближаются к ответам на сложные вопросы об этой загадочной частице: взаимодействует ли бозон Хиггса сам с собой, как предсказывает Стандартная модель, и как он связан с другими частицами? Существуют ли разные версии бозона Хиггса, которые мы ещё не обнаружили, и может ли бозон Хиггса стать ключом к пониманию тёмной материи — загадочного вещества, наполняющего Вселенную, но так и не наблюдавшегося?

Физики продолжают поиски других частиц, которые могли бы объяснить невероятную лёгкость бозона Хиггса, аномалию, которая мучает их с его открытия в 2012 году. С недавними модернизациями БАК, направленными на увеличение энергии и интенсивности столкновений частиц, а также с планами на будущие улучшения, кто знает, что ещё может быть обнаружено?