Физиците видяха как Хигс бозонът придава маса на частиците

Известно е, че Хигс бозонът, открит през 2012 година, придава маса на останалите елементарни частици. Но механизмът, при който се случва това, досега беше тайна и неговото откриване беше още по-трудно, отколкото на „божествената частица“.

Този процес, представляващ разсейване на две еднакво заредени частици, наречени W бозони, се явява строга проверка на Стандартния модел – общоприетата теория за поведението на елементарните частици.

Сега физиците, работещи с Големия адронен колайдер в рамките на експеримента ATLAS, съобщават, че са успели косвено да фиксират тайнствения процес. Откритието им е публикувано в статия, приета за публикация в сп. Physical Review Letters.

„Едва един от 100 трилиона протон-протонни сблъсъци води до търсеното събитие. За свидетелство на процеса е необходимо да се проведат много сеанси на наблюдение, за да се разбере, че експериментът се съгласува с теоретичните предсказания. Ние наблюдавахме милиарди протон-протонни сблъсъци на Големия адронен колайдер, преди да открием следи от разпад“, разказва водещият автор на изследването Марк-Андре Плейе от Брукхейвънската национална лаборатория.

За да проверят механизма на Хигс, учените сравнили разпределянето на продуктите на разпада, протичащ при разсейването на W бозони. Всъщност те определяли колко често се наблюдават определени продукти на разпада с определена енергия и геометрична конфигурация.

„Това може да се сравни с отпечатъците от пръстите. Имаме образец от отпечатък за сравнение и следи, които изучаваме. Ако отпечатъците съвпадат, то разбираме, че Хигс бозонът придава маса на частиците така, както смятат теоретиците. Но ако в данните възникнат несъответствия, то бихме разбрали, че в механизма може да бъде въвлечен не само Хигс бозонът“, пояснява Плейе.

Анализът на експериментите започнал през 2012 година и в него взел участие голям международен екип изследователи от Европа и САЩ. Предварителните резултати били представени на Конференцията по квантова хромодинамика и физика на високите енергии през март 2014 г., а сега учените разказват за по-пълните изводи. Анализът е основан на 34 сеанса на наблюдавани събития и измерената скорост на взаимодействие прекрасно се съгласува с теоретичните предсказания в рамките на Стандартния модел.

„Досега Стандартният модел още нито веднъж не е сгрешил, но ние знаем, че той е непълен, тъй като не отчита съществуването нито на тъмна материя, нито дори на гравитация. Освен това с помощта на тази блестяща теория е невъзможно да се обясни барионната асиметрия на Вселената, тоест преобладаването на веществото над антивеществото. Затова постоянно търсим пролука в привидно идеалната теория“, казва Плейе.

Както поясняват физиците, преди строителството на Големия адронен колайдер те нямали възможност да тестват процеса на взаимодействие на W бозоните, тъй като нивата на енергия винаги били недостатъчни. Сега, благодарение на наличието на огромна база данни, учените успели да направят откритие на ниво значимост 3,6 сигма (сигурно доказателство, напомняме, е 5 сигма).

„Вероятността механизмът на разпад да е бил фоново явление е много малка – приблизително едно към шест хиляди. Но ние продължаваме нашето изследване, за да съберем повече доказателства“, пояснява Плейе.

Плейе и колегите му планират да определят действително ли Хигс бозонът се държи така, както са предсказвали теоретиците. Днес съществуват редица версии за това как елементарните частици придобиват своята маса.

Изучаването на процесите на разсейване, твърдят учените, е универсална проверка на Стандартния модел и едновременно прозорец към новата физика.

В резултат на своето изследване учените са изключили някои модели и прогнози, на които преди са се опирали. Сега им предстои да повторят експеримента при по-високи енергии, за да видят „отпечатъците от пръстите“ по-ясно.

Предишните експерименти са провеждани при енергии 7 тераелектронволта, но през пролетта на 2015 г. нивото ще се повиши до 14 тераелектронволта. Базата данни за проверка на експериментите ще бъде разширена 150 пъти в сравнение със сегашната и тогава учените ще могат да наблюдават всяко „движение“ на Хигс бозона.