На сайте Phys.org размещена интересная публикация "If the Higgs can reach the Hidden Valley, we will see new physics in next-generation accelerators".

Если знаменитый бозон Хиггса, ответственный за существование масс элементарных частиц, взаимодействует с миром новой физики, которую ученые ищут десятилетиями, то он должен распадаться характерным образом с участием экзотических частиц. В Институте ядерной физики Польской академии наук в Кракове было показано, что если такие распады действительно происходят, их можно будет наблюдать на преемниках Большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРНе.

Говоря о Скрытой долине (Hidden Valley), мы в первую очередь думаем о драконах, а не о науке. Однако в физике высоких энергий это живописное название дается некоторым моделям, расширяющим набор известных в настоящее время элементарных частиц. В этих так называемых моделях Скрытой долины частицы нашего мира, описанные Стандартной моделью, относятся к группе низких энергий, а экзотические частицы скрыты в области высоких энергий.

Теоретические соображения наводят на мысль об экзотическом распаде знаменитого бозона Хиггса, что не наблюдалось на LHC. Однако ученые из Института ядерной физики в Кракове утверждают, что распад бозона Хиггса на экзотические частицы уже должен быть хорошо наблюдаем на ускорителях, которые являются преемниками Большого адронного коллайдера.

В моделях Скрытой долины есть две группы частиц, разделенных энергетическим барьером. Теория состоит в том, что могут существовать экзотические массивные частицы, которые могут пересечь этот барьер при определенных обстоятельствах. Частицы, такие как бозон Хиггса или гипотетический Z-бозон, будут действовать как коммуникаторы между частицами обоих миров. Бозон Хиггса, одна из самых массивных частиц Стандартной модели, является очень хорошим кандидатом на роль такого коммуникатора.

Итак, какие признаки можно ожидать в детекторах будущих ускорителей? Сам бозон Хиггса останется незамеченным, как и две частицы Скрытой долины. Однако экзотические частицы будут постепенно расходиться и в конечном итоге распадаться, как правило, на красивые пары кварк-антикварк, видимые в современных детекторах, когда струи частиц смещаются от оси лептонного пучка.

Поэтому наблюдения за распадом бозона Хиггса будут состоять из поиска струй частиц, образующихся парами кварк-антикварк. Затем их следы должны быть реконструированы ретроспективно, чтобы найти места, где, вероятно, распались экзотические частицы. Эти места, профессионально называемые вершины распада, должны возникать попарно и характерно смещаться относительно оси встречных пучков в ускорителе. Величина этих смещений зависит, в том числе, от масс и среднего времени жизни экзотических частиц, возникающих при хиггсовском распаде.

Энергия столкновения протонов на LHC достигает нескольких ТэВ и теоретически достаточна для создания бозона Хиггса, способного преодолеть энергетический барьер к Скрытой долине. К сожалению, протоны не являются элементарными частицами — они состоят из трех валентных кварков, связанных сильным взаимодействием, способных генерировать огромное количество постоянно возникающих и исчезающих виртуальных частиц, в том числе кварк-антикварковые пары. Такая динамичная и сложная внутренняя структура порождает огромное количество вторичных частиц при столкновениях протонов, в том числе множество кварков и антикварков с большими массами. Они образуют фон, на котором становится практически невозможно найти искомые частицы экзотических распадов бозона Хиггса.

Обнаружение возможных распадов бозона Хиггса в эти состояния должно быть радикально улучшено за счет новых проектируемых и строящихся ускорителях- преемниках LHC: CLIC (компактный линейный коллайдер) и FCC (круговой коллайдер будущего).

Все подробности см. в свободном доступе: DOI: 10.1007/JHEP03(2023)131