Пробив във физиката: учени са наблюдавали рядък разпад на частицата на Бога

Физиците от ЦЕРН за пръв път са наблюдавали нещо, което никога досега не са виждали по-рано. Става въпрос за разпад на така наречената частица на Бога или Хигс бозона на леки елементарни частици мюони. Изследователите се надяват, че този пробив ще може да даде още едно доказателство защо материята има маса, а може да доведе и до преразглеждане на Стандартния модел на елементарните частици, което да отвори място за дългоочакваната „нова“ физика.

Когато през 2012 година учените от ЦЕРН обявиха за откриването на Хигс бозона или така наречената частица на Бога, светът посрещна с небивал ентусиазъм това откритие. Още през 60-те години на миналия век са публикувани различни теории за съществуването на елементарна частица, която да обясни защо другите частици имат маса.

След половин век на теоретични разработки, доказателства бяха открити за съществуването на Хигс бозона, благодарение на Големия адронен колайдер (LHC) на ЦЕРН, който в момента е най-големия ускорител на елементарни частици и разположен на територията на Швейцария и Франция. Ролята на Хигс бозона е физическата проява на полето на Хигс , което по мнението на физиците дава маса на частиците. Погледнато по-друг начин, може да се предположи, че колкото е по-голяма масата , толкова по-силно елементарната частица взаимодейства или се съединява с Хигс бозона (и неговото поле).

Именно за това, един от начините да се докаже връзката между Хигс бозона и другите частици е да се анализират продуктите от неговия разпад. Всеки път, когато физиците забелязват нова частица при разпада на Хигс бозона, това доказва за „връзка“ между Хигс бозона и частиците, получили се след неговия разпад. Именно това взаимодействие доказва, че полето на Хигс действително дава маса на възникващата частица. Обикновено Хигс бозона се разпада на по-тежки частици, такива като двойка долни кварки (D- кварки), но ако в LHC има достатъчно много Хигс бозони, то някои от тях би трябвало да се разпаднат на по-леки частици, например мюони.

Мюоните са по-тежка форма на електроните, но те всички принадлежат към класа елементарни частици известни като фермиони. Всички те са описани в Стандартния модел на елементарните частици, който класифицира частиците на носителите на материя (фермиони) и носители на фундаменталните взаимодействия в природата (бозони).

Мюоните са известни като частици от второ поколение. Фермионите от първо поколение, такива като електроните, се явяват най-леките от всички частици и могат да се образуват в резултат на разпад на частици от второ и трето поколение.

Именно такъв разпад на Хигс бозона на мюони са открили  това лято физиците от ЦЕРН.  Откритието е било осъществено на компактния мюонен соленоид (CMS), който се явява един от гигантските детектори на частици. Именно с негова помощ заедно с детектора A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS) са открити свидетелствата за съществуването на бозона на Хигс през 2012 година.

Сега, с помощта на CMS учените са открили „излишък“ от мюони в Големия адронен колайдер. Доказателство за това, че Хигс бозона се разпада на двойка мюони е откриването на слаби сигнали за допълнителни мюони на фона на големия фонов шум. С помощта на алгоритми с машинно обучение изследователите са доказали , че този минимален „добив“ на необясними мюони има само 0,27% вероятност за случайна поява. Физиците класифицират такова ниво на увереност, че са открили сигнал, а не просто шум, с „три сигми“. Обикновено откритие не се смята за окончателно доказано, ако не достигне „пет сигми“, което ниво е еквивалентно на 0,00006% вероятност, че то се явява артефакт за фонов шум.

Потвърждаващи доказателства за разпад на частицата на Бога са открити също така и с помощта на детектора ATLAS, но при него нивото е „две сигми“, тоест има 4,5% вероятност, че този сигнал представлява фонов шум.

Новото откритие, направено в ЦЕРН, показва че Хигс бозонът на Хигс може да взаимодейства с частици от второ поколение, което открива пред физиците съвършено нов свят на възможности.

Физиците, които са работили над това откритие твърдят, че важността на това откритие се състои в това, че те са изследвали редки процеси, свързани с Хигс бозона и сега те се намират на етапа, когато всяко отклонение, предсказвано от Стандартния модел може да отвори прозореца към абсолютно „нова“ физика.

Тези открития са представени на научния свят на 40-та Международна конференция по физика на високите енергии, проведена през тази година онлайн.