Редкий распад бозона Хиггса может закрыть поиски новой физики

Современная физика частиц основана на так называемой Стандартной модели. Она описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех известных элементарных частиц. Долгое время в ней было слабое место: не удавалось зарегистрировать бозон Хиггса — частицу массой в 125 гигаэлектронвольт. Предсказал ее физик Питер Хиггс еще в 1964 году, а поиски ее следов в экспериментах затянулись более чем на полвека.

Но даже когда в 2012 году ее удалось обнаружить на Большом адронном коллайдере, оставалось большим вопросом то, насколько реальные свойства этой частицы соответствуют расчетным. Такое соответствие исключительно важно, потому что почти вся история развития физики частиц — это в итоге история поиска несоответствий расчетных представлений о свойствах той или иной частицы и ее реальных свойств. Именно исходя из отклонений экспериментального поведения частиц от теоретических моделей в свое время ученые выяснили, что из расщепления ядра атома можно извлекать энергию. Это заложило основы атомной эры.

В мае 2023 года ЦЕРН заявил, что завершил «сверку» особо редкого моделируемого поведения бозона Хиггса с экспериментами двух коллабораций, работающих с данными Большого адронного коллайдера, — Atlas и СMS. Речь идет о распаде бозона Хиггса не по обычным сценариям: на пару b-кварк-b-антикварк, или на пару фотонов, или на две пары электрон-позитрон (антиэлектрон) и/или мюон-антимюон. В этот раз удалось зафиксировать распад частицы Хиггса на Z-бозон и фотон.

По этому каналу происходит лишь 0,15% распадов бозона Хиггса, поэтому, несмотря на десять лет наблюдений его распадов, собрать значимую статистику по этому сценарию удалось только к 2023 году. Причем даже сейчас у этого результата нет статистической значимости «в пять сигм» (5σ) — только 3,4σ. Тем не менее с учетом редкости такого распада этого достаточно, чтобы утверждать: бозон ведет себя так, как ему и положено по Стандартной модели.

Многие ученые, занимающиеся физикой частиц, после 2012 года надеялись, что конкретная статистика распадов бозона Хиггса принесет отклонения от расчетов. С такими отклонениями связывали и надежды на поиски частиц темной материи. Любая «неожиданная» частица, так или иначе обнаруженная при распаде этого бозона, могла рассматриваться как кандидат в частицы темной материи.

Теперь, когда даже самые редкие типы распадов бозона Хиггса показали соответствие предсказаниям, надежды такого рода выглядят уже призрачными. Похоже, Стандартная модель физики частиц весьма удачна, но дальнейшие крупные теоретические прорывы в ней в обозримом будущем сомнительны. Следовательно, искать разгадки феномена темной материи, определяющего строение и судьбу наблюдаемой Вселенной, придется в совсем других областях.