Детектор CMS начал чувствовать ширину бозона Хиггса

Бозон Хиггса, как и любая нестабильная частица, характеризуется своей шириной — величиной, которая показывает, насколько «размыта» масса частицы. Чем меньше время жизни частицы, тем больше ее ширина и тем более широким пиком эта частица будет выглядеть на графиках распределения по инвариантной массе. В случае бозона Хиггса Стандартная модель предсказывает небольшую ширину, всего лишь 4,15 МэВ. Однако если существуют новые легкие частицы, бозон Хиггса может распадаться и на них, и тогда его ширина возрастет. Именно поэтому ширину бозона Хиггса так важно измерить в эксперименте: она «подводит баланс» под всеми вариантами распада бозона Хиггса. Так что даже если новые легкие частицы совершенно незаметны для детекторов, мы заметим их присутствие косвенно, через необычно большую ширину бозона Хиггса.

Прямое измерение ширины бозона Хиггса на LHC невозможно — слишком велика инструментальная погрешность в измерениях энергий родившихся частиц. Однако несколько лет назад был предложен симпатичный способ измерить ее косвенно, через сравнение рождения ZZ- или WW-пар с разными инвариантными массами. Коллаборации CMS и ATLAS попробовали измерить ширину таким способом, но из-за ограниченной статистики они смогли пока установить лишь ограничение сверху. По данным 2016 года, оно составило 13 МэВ.

Однако было ясно, что по мере накопления данных погрешности уменьшатся и рано или поздно физики измерят ширину. И вот в начале января 2019 года коллаборация CMS выпустила препринт arXiv:1901.00174, в котором впервые приводится не ограничение сверху, а оценка ширины. Обработав данные 2017 года и объединив их с результатами 2016 года и сеанса Run 1, CMS получила такой результат: \(3{,}2^{+2,8}_{-2,2}\) МэВ. Конечно, погрешности пока велики и еще нельзя утверждать, что ширина достоверно измерена. Однако даже такой результат подтверждает, что физики — на верном пути к долгожданному измерению еще одной важной характеристики бозона Хиггса.