نتایج تجربی جدید در برخورد دهنده بزرگ هادرونی از عدم وجود چندین بوزون هیگز که در برخی نظریه‌های «فراتر از مدل استاندارد» پیش‌بینی شده، حکایت دارد.

از زمان کشف بوزون هیگز در سال 2012، فیزیکدان ها چیزهای زیادی در مورد بوزون هیگز آموخته اند، اما رازهایی باقی مانده است. یک سوال این است که آیا هیگزی که شناسایی شد تنها است یا اینکه بخشی از خانواده هیگز هاست؟ با استفاده از داده‌های برخورددهنده بزرگ هادرونی در سوئیس، مجموعه اطلس به بررسی نشانه احتمالی از چند بوزون هیگز در برهمکنش با بوزون‌های W و Z که حامل نیروی ضعیف هستند، پرداخته است [1]. فقدان شواهد برای این اثر به رد برخی مدل های چندگانه هیگز کمک می کند.

در مدل استاندارد فیزیک ذرات، هر دو بوزون W و Z جرم خود را از طریق جفت شدن به میدان مرتبط با بوزون هیگز به دست می آورند. مطالعات قبلی مقدار مطلق این جفت شدگی ها را مشخص کرده اند، اما نتوانسته اند علامت آن را اندازه گیری کنند. مدل استاندارد فرض می‌کند که هر دو جفت شدگی مثبت هستند، اما سناریوهای خاص «فراتر از مدل استاندارد» با بوزون‌های هیگز متعدد، پیش‌بینی می‌کنند که علامت نسبی بین جفت‌ شدگی های W و Z منفی است.

تیم مجموعه اطلس از طریق برخی رویدادهای برخورد منتخب که هم یک بوزون هیگز و هم یک بوزون W تولید می کنند به جستجوی شواهدی از این علامت نسبی منفی پرداخت. چندین راه مختلف برای تولید این جفت ذره وجود دارد، و از میان آنها دو روش به اندازه‌ای مشابه هستند که می‌توانند از منظر مکانیک کوانتومی با یکدیگر تداخل داشته باشند. چگونگی این تداخل به علامت نسبی جفت شدگی های W و Z بستگی دارد. اگر علامت منفی بود، تداخل سازنده می شد - که تعداد رویدادهای تولید هیگز و W را افزایش می‌دهد. داده‌ها این افزایش را نشان نداد، بنابراین گروه می‌تواند قیدهای محکمی را برای مدل‌های دارای بیش از دو بوزون هیگز اعمال کند.

2 اکتبر 2024

[1] G. Aad et al. (ATLAS Collaboration), “Determination of the relative sign of the Higgs boson couplings to W and Z bosons using WH production via vector-boson fusion with the ATLAS detector,” Phys. Rev. Lett. 133, 141801 (2024).

منبع:

LHC Data Constrain Multiple Higgs Models