БАК снова засек бозон Хиггса, да не просто так
Физики, работающие на Большом адронном коллайдере, снова “поймали” знаменитый бозон Хиггса, причем на этот раз им удалось уловить детали редкого взаимодействия этой элементарной частицы с самой тяжелой из известных на данный момент фундаментальных частиц - t-кварком (топ-кварком или истинным кварком).
Краткосрочное общение этих довольно редких частиц дало физикам новую важную информацию о природе массы, и помогло в очередной раз подтвердить полноту принятой модели физики.
Результаты, полученные в экспериментах ATLAS и CMS, которые проводит CERN, помогли подтвердить силу связи между бозонами Хиггса и топ-кварками.
Крайно важно было получить точные данные, которые можно сравнить с расчетами, ведь именно бозон Хиггса отвечает за массу фундаментальных частиц.
Несмотря на то, что мы встречаемся с массой каждый день - будь то в форме притяжения как следствия гравитации или преодоления инерции, чтобы заставить наше тело встать с утра с кровати,- осознать суть этого понятия довольно непросто.
Известное уравнение Эйнштейна E=mc² описывает массу как энергию. Для того, чтобы объединить базовые частицы в нейтроны и протоны, требуется энергия, и это усилие обеспечивает тяжесть атома.
Но вот в чем загвоздка: у некоторых фундаментальных частиц есть масса, хотя никакого усилия не прикладывается. Так откуда же тогда появляется их масса?
Пятьдесят лет назад ученый по имени Питер Хиггс предложил понятие бозона - частицы той же категории, что и фотоны. Этот бозон бы взаимодействовал с ними в специальном поле, заполняя эти недостающие кусочки энергии, которые обеспечивают массу объекта.
На протяжении десятилетий эта странная маленькая частица оставалась недостающим кусочком стандартной модели - последней фундаментальной частицей, которую нужно было экспериментально подтвердить. И вот в 2012 году подтвердились слухи, что в БАКе засекли бозон Хиггса. Наконец-то стандартная модель стала завершенной.
Не удивительно, что это было лишь началом наших исследований бозона Хиггса. Нам все еще нужно измерить то маленькое усилие, которое восполняет недостающую массу - и топ-кварки как раз хорошо подходят для этой задачи.
Из их родственников - верхних и нижних кварков (u-кварков и d-кварков) -состоят протоны и нейтроны. Но топ-кварки слишком мало живут, чтобы составлять что-либо, что мы могли бы распознать. Они распадаются в доли секунды.
Несмотря на это, они удивительно тяжелые. Вес электрона, к примеру, составляет лишь одну трехмиллионную часть массы топ-кварка, что указывает на относительно сильное взаимодействие с полем Хиггса.
Чтобы поймать такое взаимодействие, нужно уловить бозон Хиггса вместе с топ-кварком в канале рождения комбинации ttH (топ-антитоп-Хиггс пары). Но ни одна из частиц не существует достаточно долго, чтобы увидеть ее напрямую, и лишь 1% всех бозонов Хиггса, создаваемых энергиеей БАКа, появляются вместе с топ-кварком.
Чтобы их поймать, физики перекопали тонну материалов с двух разных экспериментов в коллайдере. Исследователи искали уникальные комбинации более стабильных частиц, которые появляются после такого взаимодействия.
Это похоже на попытку измерить, как сильно две знаменитости пожали друг другу руки на вечеринке после того, как все уже разошлись по домам. Только намного сложнее.
Найдя достаточно таких “рукопожатий” и сравнив результаты, ученые обоих экспериментов теперь уверены, что получили правильные показатели силы объединения пар Хиггсов-топ-кварков.
“Эти измерения, полученные в результате совместной работы CMS и Atlas, указывают на то, что бозон Хиггса играет ключевую роль в обеспечении топ-кварка такой большой массой,” - говорит физик Карл Джейкобс, представитель ATLAS.
“Хотя это и является ключевым пунктом стандартной модели, нам впервые удалось доказать его экспериментально с такой точностью.”
В последующие месяцы планируется собрать еще больше информации. Возможно, получить более точное значение, которое откроет нечто более неожиданное.
“Когда в ноябре 2018-го ATLAS и CMS закончат извлечение данных, у нас все еще будет достаточно событий, чтобы еще более точно проверить расчеты стандартной модели по ttH, возможно, мы увидим признаки чего-то нового,” - говорит представитель CMS Джоэль Батлер.
Но это скорее ситуация, в которой можно лишь “держать кулачки”, а не строить точные предположения. И все же в физике остается немало глобальных вопросов и тайн. К примеру, почему вообще что-либо существует.
В списке желаний физиков “что-нибудь новенькое” неизменно стоит на первых местах.
via