Представлены объединенные результаты CMS и ATLAS по хиггсовскому бозону

Рис. 1. Данные ATLAS (синие) и CMS (красные), а также их объединение (черные) для разных механизмов рождения (слева) и разных каналов распада бозона Хиггса (справа). Изображение из обсуждаемого доклада

На проходящей в эти дни в Санкт-Петербурге Третьей международной конференции по физике на Большом адронном коллайдере LHCP2015 были впервые обнародованы совместные результаты ATLAS и CMS по свойствам хиггсовского бозона. Объединение результатов двух коллабораций — явление исключительно редкое в силу своей трудоемкости. Измерение, выполняемое каждой из коллабораций, опирается на большое число особенностей как самого детектора, так и методик обработки результатов. Несмотря на то что каждая группа представляет в конце концов число с погрешностями, условия, в которых это число получено, слегка различаются. Поэтому объединение результатов начинается с объединения групп данных и затем проходит некоторую совместную обработку. Для рутинных измерений эта процедура слишком трудоемка, но для самых важных результатов коллайдера ее все же делать необходимо.

Рис. 2. Результаты измерения массы бозона Хиггса в двух разных каналах двумя разными экспериментами. Несмотря на сильное различие отдельных результатов, их объединение по двум экспериментам выдало совпадающие значения. Изображение из обсуждаемого доклада

Полгода назад ATLAS и CMS уже выполняли такую процедуру для одного параметра хиггсовского бозона — его массы. Это измерение не только выдало более точное значение, но и сняло некоторые опасения, что в разных каналах распада получаются разные массы (а ведь одно время физики на основании этого даже подозревали, что ATLAS видит не один, а два хиггсовских бозона). Но экспериментаторы не ограничились одной лишь массой и выполнили объединение данных ATLAS и CMS по другим характеристикам бозона Хиггса. Результаты этого объединения были представлены в докладе на конференции LHCP2015.

Величины, которые особенно интересуют физиков, — это вероятности распада бозона Хиггса на различные наборы частиц и сечение рождения бозона Хиггса за счет различных механизмов. Для большей наглядности экспериментаторы указывают не сами эти величины, а их отношение к предсказаниям Стандартной модели (СМ). Так, величины \(\mu_i = \sigma_i/\sigma_i^{SM}\), описывают интенсивность разных механизмов рождения, а величины \(\mu^f = \Gamma(H \to f)/\Gamma(H \to f)_{SM}\) — вероятности распада в данный набор частиц f по сравнению с СМ.

На рис. 1 показаны результаты для пяти разных механизмов рождения μ_i и для пяти каналов распада μ_f. Механизмы рождения — это столкновение глюонов (ggF), столкновение W- или Z-бозонов (VBF), совместное рождение бозонов Хиггса вместе с W или Z и, наконец, совместное рождение с топ-кварк-антикварковой парой (ttH). Во всех случаях, кроме рождения ttH, наблюдается удручающе хорошее совпадение с СМ (то есть со значением μ = 1). Канал рождения ttH отличается от СМ на 2,3 стандартных отклонения, и это один из редчайших результатов коллайдера, где видно хоть что-то нестандартное.

В докладе были также представлены объединенные данные по группам распадов и другие, более тонкие характеристики бозона Хиггса. Если же всё многообразие типов рождения и распада свести к одной величине μ, которая условно показывает, насколько связь бозона Хиггса с частицами в целом отличается от СМ, то результат оказывается таким: \(\mu = 1.09^{+0.11}_{–0.10}\). Иными словами, хиггсовский бозон стандартен с 10-процентной точностью.