Открытие бозона Хиггса в 2012 году стало важнейшей вехой в науке. После физики детально измерили взаимодействие этой частицы с другими элементами. Изученные механизмы подтвердили теорию о том, почему у материи есть масса. При этом ученые до сих пор не наблюдали взаимодействие бозона Хиггса с самим собой.
Этот процесс называют самодействием. Его изучение критически важно для проверки Стандартной модели. Параметры самодействия способны уточнить, насколько стабилен физический вакуум Вселенной. Но встретить сразу два бозона Хиггса — крайне редкое явление: при столкновении протонов на каждые 1500 одиночных бозонов рождается лишь одна их пара.
Международные коллаборации ATLAS и CMS попытались найти в данных отголоски такого явления. Результаты научной работы представили на конференции ICHEP и в двух препринтах.
Сами парные бозоны живут ничтожные доли секунды, поэтому исследователи искали продукты их распада. Ученые сосредоточились на конкретном сценарии: один бозон разваливается на нижний кварк и антикварк, а второй — на тау-лептон и его античастицу.
Поиск осложнял фоновый шум. Тау-лептоны при распаде образуют нейтрино, которые улетают незамеченными, что мешает восстановить картину события. Физики применили алгоритмы машинного обучения, чтобы выделить нужный сигнал из шума, и объединили архивы прошлого этапа работы Большого адронного коллайдера с первыми данными третьего сезона (с 2015 по 2023 год).
Анализ позволил выявить больше похожих на рождение пар бозонов событий, чем фиксировали раньше. Коллаборация ATLAS увидела избыток сигнала на уровне 2,6 стандартного отклонения над ожидаемым фоном. Физики из группы CMS рассчитали строгие ограничения и исключили вероятность того, что пары бозонов рождаются в четыре раза чаще предсказаний Стандартной модели.
Ученые сделали вывод, что новые массивы данных прямо указывают на реальность парного рождения бозонов Хиггса. При этом исследователи признали недостаток накопленной статистики для полноценного наблюдения процесса. Окончательное подтверждение требует сбора еще большего числа столкновений.
В итоге физики существенно сузили зону поиска, установив новые ограничения на параметры самодействия бозона Хиггса, хотя само явление все еще скрывается в статистическом шуме. В будущем переход коллайдера в режим высокой светимости увеличит объем данных примерно в шесть раз, что должно окончательно вывести сигнал из тени.