|
Можно ли увидеть неизвестную физику
|
|
|
|
С момента запуска Большого адронного коллайдера на нем продолжаются исследования бозонов Хиггса и поиск следов физики, выходящей за рамки существующей модели элементарных частиц. Ученые, работающие с детектором ATLAS, объединили обе цели: с помощью новейшего анализа стало возможным расширить наши знания о взаимодействиях бозонов Хиггса друг с другом, и были найдены более строгие ограничения на явления "новой физики".
|
|
|
|
Бесспорным успехом Большого хардоновского коллайдера (БАК) является открытие последнего недостающего элемента стандартной модели - бозона Хиггса, ответственного за происхождение массы элементарных частиц. Есть и разочарование: упорное отсутствие каких-либо следов физики за пределами этой модели.
|
|
|
|
Поэтому ученые из центра Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве пытаются проводить свои текущие исследования таким образом, чтобы сочетать более точные измерения свойств бозона Хиггса с дальнейшими поисками "новой физики".
|
|
|
|
Исследование, только что опубликованное в Journal of High Energy Physics, является примером такого подхода. В нем физики из эксперимента ATLAS сосредоточились на событиях, приведших к образованию двух бозонов Хиггса, которые затем распались на множество частиц семейства лептонов (в основном электронов и мюонов).
|
|
|
|
|
|
|
Образование пар бозонов Хиггса может происходить в рамках самой стандартной модели. Это настолько редкий процесс, что до сих пор не было возможности наблюдать его в собранных данных. Однако существуют теоретические модели, описывающие явления, выходящие за рамки стандартной модели, предсказывающие образование пар бозонов Хиггса с более высокой вероятностью.
|
|
|
|
Наблюдение за подобными процессами с использованием уже собранных данных подтвердило бы существование неизвестного до сих пор класса физических явлений. Поэтому неудивительно, что для ученых, участвовавших в эксперименте ATLAS, именно этот процесс стал отправной точкой для анализа, описанного выше.
|
|
|
|
"Экспериментальные исследования взаимодействий бозонов Хиггса друг с другом наталкиваются на фундаментальную проблему. Дело в следующем: при столкновениях протонов на БАКЕ бозоны Хиггса появляются настолько редко, что до сих пор не было обнаружено ни одного случая образования пары бозонов Хиггса, что на первый взгляд кажется абсолютно необходимым, если мы хотим изучить взаимодействия между этими частицами. Как же тогда мы можем изучать феномен, который еще не наблюдался?" - спрашивает доктор. Бартломей Забински, физик из Института физики Польской академии наук (IPJ PAN), который координировал международную команду, ответственную за этот анализ.
|
|
|
|
В рамках стандартной модели можно делать все более точные прогнозы относительно вероятностей различных известных процессов. Обоснованием для предположения о неожиданных свойствах бозонов Хиггса или существовании новой физики могло бы стать несоответствие между теоретическими предсказаниями и фактическими данными, получаемыми с детекторов БАК.
|
|
|
|
Поэтому, действуя исключительно в рамках стандартной модели, физики в эксперименте ATLAS смоделировали (вместе с исходными данными) сигналы, которые должны появиться на детекторах в случае двух явлений, связанных с бозоном Хиггса, а затем нормализовали результаты в соответствии с ожидаемым объемом данных, поступающих от их детектора. Последним шагом было сравнение полученных таким образом значений с результатами предыдущих наблюдений. Использование машинного обучения, основанного на деревьях решений, помогло в поиске этих редких процессов.
|
|
|
|
"Наш анализ событий образования двойного бозона Хиггса в конечном состоянии с несколькими лептонами дополняет исследования, уже проведенные в других конечных состояниях. До сих пор мы не заметили в данных наших детекторов ничего, что противоречило бы стандартной модели. Однако этот результат не исключает возможности существования явлений "новой физики", а лишь сообщает нам, что их возможное влияние на образование пар бозонов Хиггса остается слишком слабым, чтобы его можно было увидеть в собранных на данный момент данных", - заключает доктор Забински.
|
|
|
|
В ближайшие годы БАК подвергнется серьезной модернизации. Интенсивность пучков увеличится в десять раз, что приведет к значительному увеличению числа зарегистрированных столкновений протонов.
|
|
|
|
Ограничения, налагаемые текущим анализом на образование и параметры, описывающие взаимодействия бозонов Хиггса, позволяют физикам надеяться, что, возможно, уже в начале следующего десятилетия можно будет выделить первые случаи двойного образования Хиггса из большего количества данных и проверить сегодняшние предсказания в ходе прямых наблюдений этого явления.
|
|
|
|
Источник
|
