Охота длилась 10 лет. Ученые получили самые убедительные доказательства редкого распада «частицы Бога»

Бозон Хиггса теоретики предсказали ещё в конце прошлого века, а увидеть его удалось только в 2012 году на Большом адронном коллайдере CERN. С тех пор эта частица остаётся одной из главных целей экспериментов на коллайдере. Теперь физики сообщают о новом важном результате: объединив данные двух последних серий измерений на детекторе ATLAS, они нашли убедительные признаки того, что бозон Хиггса может распадаться на пару мюон-анти­мюон.

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Авторы заявляют о статистической значимости сигнала 3,4 стандартного отклонения относительно ожидаемого фона. Это немного выше, чем предыдущий результат другой установки LHC, детектора CMS, где для того же канала распада было получено 3,0 сигма. До формального статуса «открытия» в физике частиц, который традиционно требуют на уровне 5 сигма, результату ещё не хватает, однако новая работа заметно усиливает доказательства существования такого распада.

В Стандартной модели массы частиц появляются из-за их взаимодействия с так называемым полем Хиггса, которое заполняет всё пространство. Сам бозон Хиггса - это квант возбуждения этого поля. Чем сильнее частица «чувствует» поле Хиггса, тем больше её масса. Частицы вроде фотона остаются безмассовыми именно потому, что с полем Хиггса они практически не взаимодействуют.

Сильнее всего с полем Хиггса взаимодействуют самые тяжёлые фермионы третьего поколения - топ-кварки, боттом-кварки и тау-лептоны. Их связи с бозоном Хиггса, так называемые юкавовские взаимодействия, уже хорошо измерены на LHC. А вот для фермионов второго поколения ситуация до сих пор оставалась гораздо менее определённой, что подчёркивают и авторы новой работы.

Мюоны относятся как раз ко второму поколению. Это частицы, похожие на электроны, но примерно в 200 раз тяжелее и живущие очень недолго. Распад бозона Хиггса на пару мюон-анти­мюон считается ключевым тестом хиггсовского механизма для частиц второго поколения. По расчётам Стандартной модели такой распад должен происходить крайне редко, поэтому для его поиска нужны колоссальные объёмы данных и очень аккуратный анализ.

Исследователи ATLAS объединили данные двух последних прогонов коллайдера и проанализировали спектр инвариантной массы пар мюон-анти­мюон во множестве категорий событий. Небольшой, но устойчивый избыток событий около массы бозона Хиггса и дал тот самый сигнал в 3,4 сигма, причём его величина хорошо согласуется с предсказаниями Стандартной модели.

Авторы подчёркивают, что полученный результат всё ещё требует подтверждения. Дополнительные данные от ATLAS и CMS в следующих сериях экспериментов должны либо превратить этот намёк на эффект в полноценное открытие, либо уточнить пределы на вероятность такого распада. Если же статистика продолжит расти в пользу существования распада Хиггса в мюонную пару, это откроет путь к изучению ещё более слабых связей Хиггса с самыми лёгкими частицами вроде электронов и позволит ещё раз проверить, насколько точно работает наша главная теория микромира.