Физики CERN нашли новые доказательства распада бозона Хиггса на мюон-антимюонную пару

Существование бозона Хиггса, предсказанное теоретически десятилетиями ранее, было экспериментально подтверждено в 2012 году на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе. С тех пор эта частица остаётся в центре внимания учёных. Новое исследование, объединившее данные двух последних сеансов работы детектора ATLAS, предоставляет доказательства редкого процесса: распада бозона Хиггса на пару мюон-антимюон.

Работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, сообщает о статистической значимости сигнала в 3,4 стандартных отклонения (сигма) при объединении данных. Этот результат превышает предыдущие доказательства, полученные на другом детекторе БАК — CMS, где значимость составила 3,0 сигма.

Механизм Хиггса и масса частиц

Поиск именно этого канала распада бозона Хиггса имеет фундаментальное значение. В рамках Стандартной модели считается, что масса элементарных частиц возникает благодаря их взаимодействию с полем Хиггса. Бозон Хиггса является переносчиком этого взаимодействия. Наблюдение его распада на различные частицы позволяет проверить теорию и измерить силу связи (юкавскую связь) бозона Хиггса с этими частицами.

Сила этой связи пропорциональна массе частицы. Поэтому ранее физикам уже удалось надёжно зафиксировать взаимодействие бозона Хиггса с тяжёлыми частицами третьего поколения, такими как t-кварк и тау-лептон. Однако его связь с более лёгкими частицами второго поколения, к которым относится мюон, до сих пор не была окончательно подтверждена.

«Юкавские взаимодействия бозона Хиггса с заряженными фермионами третьего поколения твёрдо установлены. Однако его юкавская связь с фермионами второго поколения ещё не определена окончательно», — поясняют авторы исследования.

Ключевой тест для Стандартной модели

Распад бозона Хиггса на мюон и антимюон является ключевым тестом механизма Хиггса для частиц второго поколения. Хотя этот процесс крайне редок, протонные столкновения в детекторе ATLAS создают возможность для его обнаружения. Новые данные не только предоставляют дополнительные доказательства существования этого распада, но и, по словам команды, хорошо согласуются с предсказаниями Стандартной модели.

Дальнейшие сеансы работы на детекторах ATLAS и CMS позволят повысить уверенность в результатах и, возможно, откроют путь к исследованию связи бозона Хиггса с ещё более лёгкими частицами первого поколения, такими как электроны.

Больше информации: G. Aad et al, Evidence for the Dimuon Decay of the Higgs Boson in 𝑝𝑝 Collisions with the ATLAS Detector, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/gzdh-p159