مجموعه ‌های ATLAS و CMS در برخورد دهنده بزرگ هادرونی، با تحلیل داده‌های واپاشی نادر بوزون هیگز، نشانه‌ای از عدم توافق با پیش‌بینی‌های مدل استاندارد یافته اند.

برای فیزیک ذرات، سال 2012 با کشف بوزون هیگز که تا آن زمان تنها ذره گم شده در لیست پیش بینی شده توسط مدل استاندارد بود، سال مهمی بود. این کشف، جست‌وجو برای ذرات جدید را متوقف نکرد و محققان با اندازه‌گیری دقیق واپاشی ذرات نادر به کار خود ادامه دادند. شواهد مربوط به ذرات جدید می تواند نوعی انحراف از پیش بینی های مدل استاندارد در مورد تعداد چنین واپاشی هایی را نشان دهد. اکنون مجموعه ATLAS و CMS CERN با هم، فراوانی زیادی از یک واپاشی نادر که قبلاً دیده نشده بود را مشاهده کرده‌اند که شامل بوزون هیگز است[1].

مدل استاندارد پیش بینی می کند که از هر 10000 بوزون هیگز، واپاشی 15 بوزون منجر به ایجاد یک بوزون Z و یک فوتون می شود. در مدل استاندارد، این واپاشی توسط یک کوارک بالا یا یک بوزون W انجام میشود. اما مدل هایی که فراتر از مدل استاندارد هستند نشان می دهد که واپاشی می تواند با واسطه یک یا چند ذره ناشناخته نیز باشد.

برای بررسی این امکان، مجموعه های ATLAS و CMS نشانه هایی از واپاشی هیگز به بوزون Z و فوتون را در داده‌های برخورد پروتون-پروتون که بین سال‌های 2015 تا 2018 ثبت شده بود، جستجو کردند. بوزون های Z قبل از اینکه به آشکارسازها برسند به دو الکترون یا دو میون تجزیه می شوند لذا دانشمندان روش‌هایی ابداع کردند تا تعیین کنند که آیا ردپای الکترون، میون و فوتون موجود در داده‌ها از رویدادهای Z-بوزون-فوتون نشات گرفته‌اند یا خیر؟ آن‌ها سپس از میان آن رویدادها، مواردی را انتخاب کردند که دارای ویژگی‌های مورد انتظار برای واپاشی بوزون هیگز بودند و دو برابر تعداد پیش‌بینی‌شده توسط مدل استاندارد را پیدا کردند. در حال حاضر، داده ها برای رد این احتمال که این اختلاف یک نوسان آماری است، کافی نیست. با این وجود، محققان می گویند که این کار مسیر جدیدی را برای تاکید بر آزمودن مدل استاندارد ارائه می دهد.

[1] .G. Aad et al. (ATLAS Collaboration, CMS Collaboration), “Evidence for the Higgs boson decay to a Z boson and a photon at the LHC,” Phys. Rev. Lett. 132, 021803 (2024).

منبع:

Measurements of Rare Higgs Decay May Disagree with Predictions