Уточнена масса хиггсовского бозона: загадка ATLAS постепенно исчезает

Бозон Хиггса — чрезвычайно важный элемент Стандартной модели и многих теорий за ее пределами. По этой причине важнейшей задачей Большого адронного коллайдера является не только открытие бозона, но и тщательное измерение всех его параметров, до которых могут «дотянуться» экспериментаторы. И иногда в процессе этого измерения появляются неожиданные результаты, не вполне вписывающиеся в стандартную картину, которые теоретики тут же бросаются объяснять разнообразными новыми эффектами.

Один такой пример касается массы хиггсовского бозона. Эта величина точнее всего определяется из двух самых удобных для анализа каналов распада бозона Хиггса — на два фотона и на два Z-бозона. Измерение массы бозона можно провести независимо для обоих каналов распада, а потом сравнить числа друг с другом. Если речь идет об одном и том же бозоне, они, разумеется, должны совпасть.

Однако результаты этих измерений, обнародованные коллаборацией ATLAS в конце 2012 года, существенно расходились друг с другом. В 2013 году статистика подросла, но подозрительное расхождение осталось. Изучение двухфотонного распада дало тогда массу 126,8 ± 0,7 ГэВ, а распад на Z-пары показал 124,3 ± 0,7 ГэВ. Поскольку другой детектор, CMS, ничего подобного не наблюдал, большинство физиков считало, что причиной этого расхождения были какие-то неучтенные погрешности анализа или банальная статистическая флуктуация. Впрочем, высказывались и смелые предположения, что на самом деле есть два бозона Хиггса с очень близкой массой, которые видны каждый в своем типе распада, — такие теории тоже существуют.

В вышедшем на днях е-принте arXiv:1406.3827 коллаборация ATLAS приводит обновленные результаты измерения массы хиггсовского бозона, полученные после обработки всей накопленной статистики (см. также краткое сообщение на сайте коллаборации). Увы, никаких сюрпризов не оказалось. Новые значения постепенно приближаются друг к другу, а их погрешности уменьшаются. Некоторое отличие, впрочем, пока остается: теперь ATLAS сообщает о массе 125,98 ± 0,50 ГэВ по двухфотонным данным и о 124,51 ± 0,52 ГэВ по данным распада на Z-пары. Однако это отличие уже не столь существенно. Всё говорит о том, что в данных действительно проявилась статистическая флуктуация, которая постепенно сходит на нет при увеличении объема данных.

Объединение этих двух результатов ATLAS друг с другом дает массу бозона Хиггса 125,36 ± 0,41 ГэВ. Это практически совпадает — как по значению, так и по точности — с результатом CMS. В ближайшие годы новый объем данных позволит уменьшить погрешность еще в несколько раз.