Эксперимент CMS подбирается к редкому распаду хиггсовского бозона

Хиггсовский бозон с массой около 125 ГэВ, существование которого сейчас доказано с огромной статистической достоверностью, лучше всего виден в трех основных каналах распада: на два фотона, на два Z-бозона (с их последующим распадом на лептоны) и на два W-бозона. Кое-какие намеки на него видны также и в распаде на два тау-лептона и в распаде на кварковую b-анти-b-пару.

Однако коллаборации, работающие на LHC, вовсе не собираются на этом останавливаться; они ищут проявления бозона Хиггса и в более редких вариантах распада. В них чувствительности экспериментов пока не хватает для наблюдения хиггсовского сигнала, но такой поиск, по крайней мере, ограничит возможные (в рамках некоторых моделей Новой физики) отклонения от стандартных значений.

На днях в архиве е-принтов появился отчет коллаборации CMS о поиске бозона Хиггса в распаде на Z-бозон и фотон (статья arXiv:1307.5515). Поиск велся в области масс бозона от 120 до 160 ГэВ на основе всей накопленной на сегодня статистики протонных столкновений. В рамках Стандартной модели эта вероятность (с учетом последующего распада Z-бозона на мюонные или электрон-позитронные пары) маленькая и составляет одну-две десятитысячных. Этого должно быть слишком мало для того, чтобы заметить стандартный бозон Хиггса в этом распаде на нынешней статистике.

CMS действительно сигнала не обнаружил — те несколько десятков событий, которые прошли все стадии отбора, вполне описывались фоновыми процессами. В результате коллаборация получила ограничение сверху на интенсивность этого процесса: даже если такой распад и происходит, он идет не более чем в 4 раза чаще, чем теоретические ожидания для стандартного бозона.

По мере дальнейшего набора статистики это ограничение будет снижаться; когда объем данных превысит нынешний в 100 раз, то этот распад уже должен будет стать заметным. Ориентировочно это случится лишь к концу фазы 2 работы LHC (то есть в районе 2018–2020 годов).