Физики ЦЕРН "официально" открыли новый вариант распада бозона Хиггса

Представители коллабораций ATLAS и CMS одновременно заявили о накоплении достаточного количества данных, указывающих на то, что бозон Хиггса может распадаться на пары "прелестных" b-кварков. Их выводы были представлены в статьях, направленных к публикации в журнале Physical Review Letters.

"За последний год нам и коллегам из ATLAS удалось увидеть все четыре основных канала распада бозона Хиггса, начиная с пар тау-лептонов и заканчивая "прелестными" кварками. Системы машинного обучения и безупречная работа БАК помогла нам достичь подобного результата неожиданно рано", — заявил Джоэль Батлер (Joel Butler), официальный представитель коллаборации CMS.

В погоне за "частицей Бога"

Большой адронный коллайдер завершил первый цикл своей работы в феврале 2013 года, когда самый мощный ускоритель на Земле был впервые отправлен на длительные "каникулы". В рамках этого этапа БАК удалось решить свою главную задачу – найти бозон Хиггса, особую частицу, отвечающую за массу всех объектов во Вселенной.

Бозон Хиггса был "пойман" сразу двумя научными группами ЦЕРН, которые охотились за неуловимой "частицей Бога" — коллаборациями ATLAS и CMS, работавшими с одноименными детекторами БАК. Следы его распадов были найдены в парах фотонов и двух других бозонов, отвечающих за перенос слабых и электромагнитных взаимодействий.

Своеобразная ирония судьбы заключается в том, что все эти следы распадов бозона Хиггса являются относительно редкими по сравнению с главным вариантом разрушения "частицы Бога" – в 60% случаев она распадается на пары тяжелых b-кварков, а не на фотоны или бозоны.

Открытие бозона Хиггса в следах его редких распадов связано с тем, что в них его гораздо проще искать. Помимо "частицы Бога", существует масса других частиц, которые распадаются на пары b-кварков примерно в 10 миллионов раз чаще, чем бозон Хиггса. Поэтому его изначальный поиск подобным путем был крайне сложным и бесперспективным занятием. Только когда ученые убедились, что "частица Бога" действительно существует и точно измерили ее массу, они начали искать и другие варианты ее распадов.

Сила искусственного разума

Лишь год назад участники коллаборации ATLAS смогли найти первые намеки на их существование, проанализировав весь набор данных по распадам частиц в БАК, которые коллайдер получал на протяжении и первого и второго цикла своей работы.

Для поиска следов бозона Хиггса в огромном массиве данных  ученые пошли на хитрость – они искали не просто его распады на пары b-кварков, а следы распадов пар, состоящих из бозона Хиггса и W или Z-бозона. Подобные распады, как отмечают участники ATLAS, происходят крайне редко – всего их было около 30 тысяч за все время работы БАК. При этом их гораздо легче заметить, используя системы искусственного интеллекта для анализа исходных данных.

Изначально уровень статистической достоверности тех следов "прелестных" кварков, которые нашли участники ATLAS, немного не дотягивал до уровня "официального" открытия, что заставило их улучшить методики анализа и получить новые данные в ходе последнего цикла работы БАК.

Параллельно, как отмечает Батлер, коллаборация CMS проводила аналогичные замеры и анализировала уже имеющиеся данные, собранные их детектором за все время работы БАК. В результате этого, и та, и другая группа ученых вышла на уровень статистической значимости в 5,4 сигма, что эквивалентно шести случайным ошибкам или совпадениям на 100 миллионов замеров.

"Несмотря на то, что наши замеры подтверждают Стандартную модель, а не указывают на наличие "новой физики", они все равно стали большим успехом и для ATLAS, и для CMS. Во время запуска БАК многие из нас думали, что мы не сможем провести подобные наблюдения, однако реальность оказалась иной", — заключает Карл Якобс (Karl Jakobs), официальный представитель ATLAS.

Источник