Группа ЦЕРН обнаружила возможные следы парного рождения бозонов Хиггса

В 2012 году открытие бозона Хиггса стало революцией в физике: частица помогла объяснить, откуда у материи берётся масса. Но одна из самых интригующих загадок оставалась неразрешённой десятилетия. Учёные никогда не наблюдали, как бозоны Хиггса взаимодействуют друг с другом — процесс, называемый самодействием. Этот механизм важен для понимания стабильности нашей Вселенной: он может подтвердить или опровергнуть предсказания Стандартной модели, которая описывает все элементарные частицы и их взаимодействия. Чтобы заметить пару бозонов Хиггса — событие, происходящее в тысячу раз реже, чем рождение одного — физики вынуждены искать иголку в стоге сена, а точнее, сигнал в море данных, собранных за почти десятилетие работы Большого адронного коллайдера (БАК).

Международные коллаборации ATLAS и CMS, работающие на БАК, представили результаты своего анализа на конференции ICHEP и выложили два препринта с деталями исследования. Учёные сосредоточились на редчайшем сценарии, когда пара бозонов Хиггса распадается так, что один превращается в два кварка (частиц, из которых состоят протоны и нейтроны), а второй — в тау-лептон и его античастицу. Однако тау-лептоны при распаде испускают нейтрино, которые ускользают от датчиков, оставляя учёных без полной картины происходящего. Чтобы отделить полезный сигнал от фонового шума, физики применили алгоритмы машинного обучения, которые научились распознавать закономерности в огромных массивах данных.

Анализ данных, собранных с 2015 по 2023 год, в том числе из первых запусков третьего сезона работы БАК, показал неожиданный результат. Коллаборация ATLAS зафиксировала избыток событий на уровне 2,6 стандартного отклонения над ожидаемым фоном — это ближе к порогу, который в физике считается «указанием» на возможное открытие, но ещё недостаточно для громкого заявления. Группа CMS, напротив, установила новые строгие ограничения: согласно их расчётам, парное рождение бозонов Хиггса происходит не чаще, чем в четыре раза выше предсказаний Стандартной модели. Это значит, что гипотеза частично подтверждается, но требует дальнейшей проверки.

Почему это важно для науки и общества? Открытие парного рождения бозонов Хиггса станет первым прямым доказательством их самодействия. Это не только закроет ещё один пробел в Стандартной модели, но и поможет ответить на фундаментальные вопросы о природе материи. Например, почему наш мир не распался в первые мгновения после Большого взрыва? Или как поведёт себя Вселенная в далёком будущем? Пока что данных недостаточно для окончательных выводов, но физики полны оптимизма. Уже в ближайшие годы БАК перейдёт в режим высокой светимости, что увеличит объём данных в шесть раз. Это должно вывести сигнал из статистического шума и, возможно, приблизит учёных к разгадке одной из самых таинственных частиц мироздания.

Пока же исследователи продолжают сканировать архивы в поисках других возможных следов парного рождения бозонов Хиггса. Новые данные могут либо укрепить текущие находки, либо поставить под сомнение их значимость. В любом случае, это важный шаг на пути к пониманию того, как работает Вселенная на самом глубинном уровне.