První pozorování vzácného rozpadu Higgsova bosonu mohou naznačovat existenci částic, které fyzika nezná

Velký hadronový urychlovač (LHC) v CERN umožnil vědcům učinit převratné objevy v částicové fyzice. Právě díky němu se v roce 2012 podařilo potvrdit existenci Higgsova bosonu, někdy nazývaného „boží částice“. Od té doby probíhá intenzivní výzkum jeho vlastností. Jejich výsledkem bylo pozorování ojedinělého případu rozpadu Higgsova bosonu na Z boson a foton, což může být nepřímý důkaz existence částic nepředpovězených Standardním modelem.

První pozorování vzácného rozpadu Higgsova bosonu mohou naznačovat existenci částic, které fyzika nezná

Na nedávné konferenci Large Hadron Collider Physics (LHCP) vědci představili první důkaz o vzácném procesu, při kterém se Higgsův boson rozpadá na Z boson a foton. Tento rozpad Higgsova bosonu může poskytnout nepřímý důkaz částic nad rámec těch, které předpovídá Standardní model částicové fyziky. Fyzici používají Standardní model k popisu všech známých elementárních částic ve vesmíru a sil, jejichž prostřednictvím interagují.

Částice mimo standardní model

Podle současných znalostí se Higgsův boson může rozpadnout buď na dva fotony, nebo na Z boson a foton. Standardní model předpovídá, že pokud má Higgsův boson hmotnost 125 gigaelektronvoltů, je to asi 0,15 %. V některých případech by se měl rozpadnout na Z boson (elektricky neutrální nosič slabých interakcí) a foton (nosič elektromagnetických interakcí).

Existují však teorie, které doplňují nebo přesahují Standardní model a naznačují různou frekvenci podobných událostí. Předpokládají, že rozpad Higgsova bosonu na Z boson a foton není přímý. Předpokládá se, že tento proces zahrnuje „virtuální“ částice, které se objevují a mizí, takže nejsou snadno detekovatelné. Tyto záhadné částice nepředpovídá „standardní“ fyzika.

Pokud by se tedy ukázalo, že více či méně než 0,15 procenta. Higgsův boson se rozpadá na Z boson a foton, což by naznačovalo existenci neznámých fyzikálních procesů mimo Standardní model nebo neznámé vlastnosti „Boží částice“. To je důvod, proč vědci zkoumají tento jev tak pečlivě.

Obtíže při studiu rozpadu Higgsova bosonu

Vědci pracující na projektech ATLAS a CMS již dříve hledali důkazy o rozpadu Higgsova bosonu na Z boson a foton. Za tímto účelem se pokusili identifikovat výskyt bosonu Z a jeho rozpad na páry elektronů nebo mionů. Údaje však nebyly přesné, protože k rozpadu bosonu Z dochází pouze 6,6 procenta času. případů, což v kombinaci s jeho extrémně vzácným výskytem (0,15 procenta rozpadů Higgsova bosonu) velmi ztěžovalo odhalení celého procesu.

V nové studii spojili odborníci z ATLAS a CMS své síly, aby se pokusili pozorovat tento specifický rozpad Higgsova bosonu. Umělá inteligence byla také využita k analýze dat shromážděných v letech 2015-2018. Spolupráce vedla k významnému zvýšení statistické přesnosti výsledků a prvním důkazům o rozpadu Higgsova bosonu na Z boson a foton.

Získaná data naznačují, že rozpad na Z boson a foton může nastat častěji, než předpovídá Standardní model. Vědci však zdůrazňují, že k výsledkům je stále třeba přistupovat opatrně, protože nejsou zcela přesné a vyžadují další ověření. Vědci doufají, že nové schopnosti LHC brzy umožní přesnější pozorování.

LHC je nejvýkonnější urychlovač na světě, umístěný v kruhovém tunelu 100 metrů pod zemí. Skládá se z 27 km dlouhého prstence magnetů s řadou urychlujících struktur. Umožňuje částicím pohybujícím se vysokou rychlostí, aby se navzájem srážely. Výsledky srážek zaznamenává řada detektorů elementárních částic, včetně dvou velkých: ATLAS a CMS. Vypuštění LHC umožnilo provádět přelomové experimenty ve fyzice, kupř. objev Higgsova bosonu nebo pentakvarků.