Распад бозона Хиггса на мюон и тау

Что обнаружено

Коллаборация CMS в данных Run 1 увидела намеки на распад бозона Хиггса на мюон и тау-лептон H → μτ. Вероятность распада составила \(0.84^{+0.39}_{-0.37})\%\), что на 2,4σ отличается от нулевой гипотезы. ATLAS поначалу тоже показывал небольшое превышение, однако окончательный анализ Run 1 не прояснил ситуацию. Данные Run 2 не подтвердили отклонения, и в 2017 году отклонение окончательно сошло на нет.

Результаты CMS и ATLAS по измерению вероятности распада H→μτ. Источник

Комментарии

Сентябрь 2015. Тау-лептон может распадаться на электрон и пару нейтрино (обозначается τ_e), на мюон и пару нейтрино (τ_μ), а может и на адроны (τ_h). В этом поиске использовались варианты τ_e и τ_h (мюонный распад не учитывался из-за фона от μμ-пар). Кроме того, учитывались варианты, когда рождение μτ-пары сопровождается одной и двумя адронными струями. Предъявленное число — это результат, накопившийся по всем этим каналам.

Поиск μτ-событий очень похож на поиск ττ-пар, в которых один из тау-лептонов распадается на мюон и пару нейтрино. Отличие состоит в том, что здесь распределение мюонов по поперечным импульсам слегка иное, а также что мюон здесь вылетает из первичной вершины.

ATLAS тоже выполнил поиск такого распада, но только с учетом адроннного распада тау-лептона. Он тоже увидел некоторые намеки на этот распад, но очень слабые: измерение ATLAS согласуется и с нулевой гипотезой, и с результатом CMS. Объединение результатов лишь слегка повышает статистическую значимость результата.

Апрель 2016. Коллаборация ATLAS завершила поиск этого распада и не видит существенного отклонения от нулевой гипотезы, как, впрочем, и от результата CMS.

Июнь 2016. Коллаборация CMS сообщила о предварительном поиске этого распада в первых данных 2016 года. Сигнала не видно, но из-за малой статистики 2015 года ничего особенного и не ожидалось. Тем не менее этот распад уже вызывает меньший интерес у теоретиков, чем раньше.

Декабрь 2017. CMS завершила поиск этого процесса в данных 2016 года. Несмотря на солидную статистику (светимость 36fb–1) и учет всех вариантов распада тау-лептона, новых свидетельств в пользу такого распада найдено не было. Ограничение сверху на вероятность этого распада составляет 0,25%. Таким образом, загадка окончательно рассеялась.

Ссылки

Экспериментальные данные:

• CMS coll., Search for lepton flavour violating decays of the Higgs boson to μτ and eτ in proton-proton collisions at √s = 13 TeV // arXiv:1712.07173v2 [hep-ex].
• ATLAS coll., Search for lepton-flavour-violating decays of the Higgs and Z bosons with the ATLAS detector // arXiv:1604.07730 [hep-ex].
• ATLAS coll., Search for lepton-flavour-violating H→μτ decays of the Higgs boson with the ATLAS detector // arXiv:1508.03372 [hep-ex].
• CMS coll., Search for lepton-flavour-violating decays of the Higgs boson // arXiv:1502.07400 [hep-ex].

Популярные сообщения:

• Намек на распад бозона Хиггса на мюон и тау окончательно закрыт // «Элементы», 15.01.2018.
• Распад бозона Хиггса на мюон и тау-лептон не находит подтверждения в новых данных // «Элементы», 03.06.2016.
• Детектор CMS видит намеки на распад, невозможный в Стандартной модели // «Элементы», 14.03.2015.