Nowe dowody na rzadki rozpad bozonu Higgsa

Od czasu odkrycia bozonu Higgsa w 2012 r., naukowcy z detektorów ATLAS i CMS, wchodzących w skład Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC), ciężko pracują nad scharakteryzowaniem jego własności i szukają różnych sposobów rozpadu "boskiej cząstki". Od częstych, ale trudnych eksperymentalnie podziałów na kwarki b, po niezwykle rzadkie rozpady na cztery leptony - każdy oferuje inną drogę do badania własności bozonu Higgsa.

Eksperyment ATLAS znalazł pierwsze dowody na rozpad bozonu Higgsa na dwa leptony (parę elektronów lub mionów o przeciwnych ładunkach) i foton. Jest to tzw. rozpad Dalitza - jeden z najrzadszych rozpadów bozonu Higgsa zaobserwowanych w LHC.

Fizycy przeszukali cały zestaw danych z trzyletniego okresu pracy LHC, znanego jako Run 2, w poszukiwaniu zderzeń z fotonem i dwoma leptonami, których łączna masa była mniejsza niż 30 GeV. W tym regionie rozpady z wirtualnymi fotonami powinny dominować nad innymi procesami, które dają ten sam stan końcowy. ATLAS zmierzył szybkość sygnału bozonu Higgsa, która była 1,5 ± 0,5 razy większa od oczekiwanej przez Model Standardowy. Szansa, że zaobserwowany sygnał był spowodowany fluktuacją w tle wynosi 3,2 sigma, czyli mniej niż 1 na 1000.

Zaobserwowanie rozpadu bozonu Higgsa na foton i parę leptonową umożliwi fizykom badanie symetrii parzystości (CP). Symetria parzystości to sposób na określenie, że lustrzane odbicie oddziałujących cząstek (gdzie cząstki są zastępowane przez swoje antycząstki) powinno wyglądać dokładnie tak samo jak oryginalne oddziaływanie. Było to naturalne założenie do 1964 roku, kiedy to fizycy badający kaony zauważyli, że w świecie fizyki cząstek elementarnych tak nie jest. Od tego czasu fizycy dowiedzieli się, że naruszenie symetrii CP jest cechą oddziaływania elektrosłabego i włączyli je do Modelu Standardowego.

Dzięki temu, że bozon Higgsa rozpada się na trzy cząstki, z których dwie są naładowane, fizycy będą mogli zbadać, czy rozpad ma preferowany kierunek - co pozwoli naukowcom lepiej zrozumieć pochodzenie naruszenia symetrii CP, a może nawet doprowadzi do wskazówek dotyczących nowej fizyki poza Modelem Standardowym.