ATLAS priartėjo prie „Dievo dalelės“ paslapties: Higso bozonas gali atskleisti, kaip atsirado Visata

Vienas svarbiausių šiuolaikinės dalelių fizikos klausimų – kaip Higso bozonas sąveikauja pats su savimi. Ši vadinamoji Higso bozonų savisąveika laikoma raktu, galinčiu paaiškinti ne tik masės atsiradimą, bet ir tai, kaip ankstyvoji Visata kito netrukus po Didžiojo sprogimo.

Naujausia CERN Didžiajame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve veikiančio ATLAS eksperimento analizė pateikė iki šiol griežčiausius šios savybės apribojimus. Mokslininkai pabrėžia, kad kuo tiksliau pavyksta apibrėžti Higso savisąveiką, tuo aiškiau matyti, ar už Standartinio modelio ribų slypi nauja fizika.

Retas procesas ir „auksinis“ kanalas

Higso bozonų poros susidarymas yra itin retas reiškinys – tokie įvykiai pasitaiko tik labai mažoje protonų susidūrimų dalyje. Todėl ATLAS komanda rėmėsi kanalu, kuriame vienas Higso bozonas skyla į du b kvarkus, o kitas – į du fotonus.

Toks derinys laikomas vienu švariausių būdų atskirti signalą nuo foninių procesų, nes fotonų energijos požymiai detektoriuje fiksuojami labai tiksliai. Tačiau net ir šiuo atveju reikia peržvelgti milžiniškus duomenų kiekius, kad išryškėtų kelios dešimtys ar šimtai kandidatinių įvykių.

Duomenų šuolis ir DI pagalba

Analizėje sujungti antrojo LHC darbo periodo 2015–2018 metais duomenys ir naujausi trečiojo periodo 2022–2024 metais matavimai. Bendrai įvertintas duomenų kiekis viršijo 300 atvirkštinių femtobarnų, o tai reiškia didžiulį statistinį pagrindą retesniems procesams medžioti.

Norint iš filtruoti foną, kai kiti Standartinio modelio procesai gali imituoti ieškomą signalą, pasitelkti pažangūs duomenų analizės metodai ir DI. Tai leido tiksliau atpažinti subtilius susidūrimų geometrijos bei energijų pasiskirstymo skirtumus ir pagerino rezultatų patikimumą.

Ką rodo nauji apribojimai?

ATLAS pateikti skaičiavimai apribojo Higso savisąveikos stiprį intervale nuo minus 1,6 iki 6,6 karto, lyginant su Standartinio modelio prognoze. Taip pat susiaurintos ribos sąveikai, kurioje dalyvauja du Higso bozonai ir du vektoriniai bozonai W arba Z, – nuo minus 0,5 iki 2,6 karto teorinės vertės.

Nors šie intervalai dar nereiškia tiesioginio savisąveikos išmatavimo, jie ženkliai sumažina erdvę, kurioje galėtų slėptis nukrypimai nuo Standartinio modelio. Būtent tokie nukrypimai būtų vienas aiškiausių signalų, kad egzistuoja nauji reiškiniai, kurių dabartinė teorija neaprašo.

Artimiausiais metais mokslininkai tikisi dar tikslesnių išvadų, kai bus pilnai išanalizuoti trečiojo periodo duomenys. Dar didesnio proveržio laukiama iš didelio šviesingumo LHC modernizacijos, kuri turėtų smarkiai padidinti susidūrimų skaičių ir priartinti momentą, kai Higso savisąveiką bus galima ne tik riboti, bet ir tiksliai išmatuoti.