На Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP) 2024 года коллектив ATLAS представил новые данные, касающиеся взаимодействия бозона Хиггса с тремя самыми массивными кварками: верхним, нижним и очарованным. Основной задачей программы ATLAS по изучению физики Хиггса является все более точное измерение силы его взаимодействия с фундаментальными фермионами и бозонами.
Согласно теории нарушения электрослабой симметрии, эти взаимодействия ответственны за формирование масс частиц. Силы взаимодействия могут быть определены через точное измерение процесса возникновения бозона Хиггса и его последующего распада на соответствующие частицы.
Новые результаты основаны на повторном анализе данных, собранных во время Run 2 на LHC в 2015–2018 годах, с использованием значительно улучшенных методов анализа, в том числе усовершенствованной маркировки струй. Когда бозон Хиггса распадается на пару кварков, каждый из них фрагментируется, образуя сфокусированный поток частиц (в основном адронов), который можно наблюдать в детекторе. Цель маркировки струй — определить «аромат» кварка, инициировавшего струю, посредством детального анализа её характеристик.
С внедрением новых методов струйной (или «ароматической») маркировки для c- и b-кварков, учёные ATLAS смогли значительно повысить чувствительность своих экспериментов. Вкупе с другими усовершенствованиями анализа, они увеличили чувствительность к распадам на 15% и в три раза соответственно.
Обновлённые измерения рождения бозона Хиггса (H) в ассоциации с W- или Z-бозоном и его распадов на пару b-кварков или очарованных кварков позволили впервые наблюдать процесс WH, H→bb с уровнем значимости 5,3σ и процесс ZH, H→bb с уровнем значимости 4,9σ. Распад бозона Хиггса на c-кварки подавлен массовым фактором 20 по сравнению с распадом на b-кварки и поэтому остаётся слишком редким для наблюдения.
ATLAS установил верхний предел скорости процесса VH, H→cc, который превышает предсказание Стандартной модели в 11,3 раза. Данные результаты являются наиболее точными на сегодняшний день и соответствуют Стандартной модели.
Новое измерение взаимодействия бозона Хиггса с верхним кварком было сконцентрировано на формировании бозона Хиггса в ассоциации с двумя верхними кварками и его последующем распаде на пару нижних кварков. Этот сложный процесс характеризуется чрезвычайно сложным конечным состоянием и значительными фоновыми помехами.
Новый анализ, основанный на уточнённом понимании доминирующих фоновых процессов с участием верхних кварков, удвоил чувствительность и измерил силу сигнала образования бозона Хиггса в ассоциации с двумя верхними кварками, H→bb, составившую 0,81 ± 0,21 относительно прогноза Стандартной модели.
Дальнейшие усовершенствования методов анализа и новые данные, полученные в ходе текущей третьей серии экспериментов на LHC в ЦЕРНе (Run 3), обещают еще более точные измерения этих взаимодействий. Эти достижения в поиске H→cc повышают ожидания для LHC высокой светимости (HL-LHC), где обнаружение этого процесса становится вполне реальным.
Серия экспериментов Run 3 началась в 2022 году и продлится до 2025 года. В ходе Run 3 физики будут использовать усовершенствованные детекторы и методы анализа для исследования частиц и сил природы на ещё более высоких энергиях. В частности, Run 3 сосредоточится на изучении следующих аспектов: свойства бозона Хиггса и его взаимодействий с другими частицами; поиск новых частиц и сил, которые могут объяснить нерешенные вопросы в физике элементарных частиц; исследование свойств кварков и глюонов, которые составляют адроны. В ходе Run 3 будут проводиться эксперименты на нескольких детекторах, включая ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Эти исследования будут полагаться на усовершенствованные методы анализа и новые технологии для изучения частиц и сил природы на самых высоких энергиях.
Источник: iXBT
