На сайте ЦЕРН размещена интересная заметка "ATLAS measures Higgs boson’s decay width" - "ATLAS измеряет ширину распада бозона Хиггса".

Известно, что ширина распада связана со временем жизни частицы, и если будет обнаружено отклонение от предсказанного значения, это может указывать на наличие новой физики.

С момента открытия бозона Хиггса 10 лет назад коллаборации ATLAS и CMS провели многочисленные измерения его свойств и его взаимодействий с другими частицами, которые согласуются с предсказаниями Стандартной модели. Масса бозона Хиггса, например, была измерена как 125 ГэВ с точностью 0,1%. Однако одним свойством, которое остается недоступным для прямых измерений, является ширина распада частицы, которая связана с ее временем жизни и, если будет обнаружено отклонение от ее предсказанного значения, может указывать на наличие новой физики. На недавней конференции Higgs 2022 коллаборация ATLAS представила результаты своего последнего исследования этого свойства.

Ширина — это фундаментальный параметр любой нестабильной частицы с конечным временем жизни: чем короче время жизни, тем больше ширина. Ширина бозона Хиггса, которая представляет собой диапазон возможных масс вокруг номинальной массы частицы в 125 ГэВ, по прогнозам, составит 4,1 МэВ — слишком мала, чтобы ее можно было измерить напрямую. Однако его значение можно определить, сравнив скорость рождения бозона Хиггса при номинальной массе частицы («на оболочке») с таковой при гораздо больших массах («вне оболочки»). Это основано на том факте, что скорость рождения бозона Хиггса на оболочке зависит не только от взаимодействия бозона Хиггса с другими частицами, но и от его ширины. Напротив, скорость вне оболочки в хорошем приближении не зависит от ширины.

В своем новом исследовании коллаборация ATLAS изучила рождение бозона Хиггса вне оболочки, используя данные протон-протонных столкновений, собранные во время второго запуска Большого адронного коллайдера (LHC) с 2015 по 2018 год. В частности, физики ATLAS искали события столкновения, когда бозон Хиггса трансформируется, или «распадается», на два Z-бозона, которые, в свою очередь, распадаются на четыре заряженных лептона или два заряженных лептона плюс два нейтрино, поскольку эти каналы распада обеспечивали наибольшую чувствительность к внешнему сигналу.

После отделения этих событий от фоновых процессов, которые напоминают их, но не связаны с бозоном Хиггса, исследователи объединили результаты обоих каналов, чтобы измерить отношение скорости образования бозона Хиггса вне оболочки к его предсказанию Стандартной модели. Было обнаружено, что данные согласуются с предсказаниями Стандартной модели, отвергая гипотезу только о фоне, которая предполагает отсутствие образования бозона Хиггса вне оболочки, с наблюдаемой (ожидаемой) статистической значимостью 3,2 (2,4) стандартных отклонения. Этот результат предоставляет экспериментальное свидетельство рождения бозона Хиггса вне оболочки.

Объединив эти результаты с предыдущими измерениями бозона Хиггса на оболочке, исследователи ATLAS получили ширину бозона Хиггса 4,6 МэВ с верхней и нижней неопределенностями 2,6 и -2,5 МэВ, соответственно. Это значение согласуется с ожиданиями Стандартной модели и соответствует времени жизни частицы 180 йоктосекунд (1 йоктосекунда равна 10^-24 секундам).

Результаты совместимы с результатами недавнего исследования, проведенного коллаборацией CMS, в которой также были обнаружены доказательства образования бозона Хиггса вне оболочки и измерена ширина частицы. С увеличением энергии столкновения и большим количеством накопленных данных на третьем запуске LHC ожидаются более точные измерения как процесса образования, так и ширины частицы.