Коллайдер продолжает исследовать хиггсовский сектор

Измерение в детекторе ATLAS интенсивности разных процессов рождения бозона Хиггса сквозь призму двухфотонного распада в относительных величинах по сравнению с предсказаниями Стандартной модели. Значения не слишком отличаются от единицы (вертикальная голубая пунктирная линия), а это означает, что существенных отличий от предсказаний Стандартной модели пока не видно. Изображение с сайта atlas.web.cern.ch

Прошедшая в начале июля конференция EPS HEP 2017, крупнейшее мероприятие года по физике элементарных частиц, ожидаемо принесла немало новых результатов с Большого адронного коллайдера. 2016 год на LHC был ударным в техническом плане: коллайдер набрал рекордный объем данных (интегральная светимость в детекторах ATLAS и CMS составила 36 fb⁻¹), что превысило всю накопленную до этого статистику. Физики запустили сотни различных вариантов анализа данных и сейчас постепенно сообщают об их предварительных результатах. Для сравнения, наша предыдущая подборка хиггсовских результатов датируется апрелем этого года и относится к другой крупной конференции, Moriond 2017; в той же новости можно посмотреть сводку хиггсовских результатов сеанса Run 1.

Мы уже сообщали об обнародованных на EPS HEP 2017 новых измерениях массы бозона Хиггса, о его распаде на b-кварки, который наконец-то стал заметен на коллайдере и о запутанной ситуации с рождением системы топ-антитоп-Хиггс. Но есть и множество других характеристик бозона Хиггса, через которые можно изучать разнообразные грани микромира.

Основной упор при исследовании свойств хиггсовского бозона делается на его связи с другими частицами. Дело в том, что хиггсовский бозон — это не просто «еще одна частица». Это частица — отголосок хиггсовского механизма, и это налагает на него большую «ответственность». Стандартная модель однозначно предсказывает, что хиггсовский бозон взаимодействует с другими фундаментальными частицами пропорционально их массам. Это предсказание экспериментально проверяемо, и отклонения от него будут указывать на долгожданную Новую физику.

Измерения в сеансе Run 1 и первые данные Run 2 показали, что, за исключением аномалии топ-антитоп-Хиггс, это предсказание выполняется (см. также рис. 3 в апрельской новости Хиггсовский бозон выглядит стандартным в данных 2016 года). Сейчас, проанализировав двухфотонный и ZZ-каналы распада, коллаборация ATLAS представила новые данные по связи бозона Хиггса с другими частицами. Результаты исследования появились в трех предварительных публикациях и кратко описаны в заметке ATLAS takes a closer look at the Higgs boson’s couplings to other bosons.

На изображении для примера показан новый баланс в четырех основных каналах рождения бозона Хиггса, полученный в двухфотонном распаде. Экспериментальные точки показывают измеренную интенсивность процесса по сравнению со стандартными предсказаниями. Тот факт, что они не слишком отличаются от единицы, означает, что отклонений от Стандартной модели пока не видно. Обратите внимание, что самая верхняя точка, которая отвечает рождению ttH (с распадом на те же два фотона), лежит даже ниже единицы и совершенно не подтверждает то превышение в процессе топ-антитон-Хиггс, намеки на которое наблюдались ранее. Надо добавить, впрочем, что в CMS это значение получается намного большим, примерно 2,2 ± 0,8.

Но может быть, обнаруженный бозон Хиггса — не единственный? Нет никаких серьезных теоретических аргументов в пользу того, что реальный хиггсовский сектор нашего мира — такой минимальный, как его постулирует Стандартная модель. Вполне может оказаться, что в хиггсовском секторе тоже есть несколько поколений, а это значит, что там существуют новые бозоны Хиггса. Возможны и еще более причудливые конструкции, при которых появляются многократно заряженные хиггсовские бозоны. Эти варианты регулярно появляются в теориях Новой физики, их легко проверять экспериментально, и коллаборации ATLAS и CMS регулярно отчитываются о таких поисках.

В этот раз ATLAS сообщила о поиске новых нейтральных и дважды заряженных бозонов Хиггса в накопленной статистике Run 2. Никаких существенных намеков на новые частицы обнаружено не было. Полностью закрыть эти модели, конечно, нельзя: их предсказания зависят от большого числа неизвестных параметров, — но и указаний в их пользу тоже пока не видно. Чуть подробнее об этих поисках можно прочитать в заметке Why should there be only one? Searching for additional Higgs Bosons beyond the Standard Model.