Колаборація ATLAS досягла найточнішого на сьогодні вимірювання маси бозона Хіггса, повідомляючи про значення 125,11 мільярда електронвольт з мінімальною невизначеністю. Результати були отримані з комбінації вимірювань дифотонного та чотирилептонного каналів. Ці знахідки мають вирішальне значення для розуміння фундаментальної структури Всесвіту, і їх приписують передовим методам калібрування та потужним алгоритмам реконструкції.
За 11 років з моменту відкриття на Великому адронному колайдері (LHC) бозон Хіггса став центральним напрямком пролиття світла на фундаментальну структуру Всесвіту. Точні вимірювання властивостей цієї особливої частинки є одним з найпотужніших інструментів, які фізики мають для перевірки Стандартної моделі, наразі теорії, яка найкраще описує світ частинок та їх взаємодію. На конференції Lepton Photon минулого тижня колаборація ATLAS повідомила, як вона виміряла масу бозона Хіггса точніше, ніж будь-коли раніше.
Маса бозона Хіггса не передбачена Стандартною моделлю і тому має бути визначена шляхом експериментальних вимірювань. Його значення визначає силу взаємодії бозона Хіггса з іншими елементарними частинками, а також із самим собою. Точне знання цього фундаментального параметра є ключовим для точних теоретичних розрахунків, які, у свою чергу, дозволяють фізикам порівнювати свої вимірювання властивостей бозона Хіггса з передбаченнями Стандартної моделі. Відхилення від цих прогнозів сигналізували б про наявність нових або неврахованих явищ. Маса бозона Хіггса також є важливим параметром, що визначає еволюцію та стабільність вакууму Всесвіту.
Співпраця ATLAS і CMS проводила дедалі точніші вимірювання маси бозона Хіггса з моменту відкриття частинки. Нове вимірювання ATLAS поєднує два результати: нове вимірювання маси бозона Хіггса, засноване на аналізі розпаду частинки на два фотони високої енергії («дифотонний канал»), і більш раннє вимірювання маси, засноване на дослідженні його розпаду на чотири лептони. («чотирьохлептонний канал»).
Нове вимірювання в дифотонному каналі, яке об’єднує аналізи повних наборів даних ATLAS з прогонів 1 і 2 LHC, показало масу 125,22 мільярда електронвольт (ГеВ) з похибкою лише 0,14 ГеВ. З точністю 0,11% цей результат дифотонного каналу є найточнішим на сьогодні вимірюванням маси бозона Хіггса з одного каналу розпаду.
Порівняно з попереднім вимірюванням ATLAS у цьому каналі, новий результат має переваги як від повного набору даних ATLAS Run 2, який зменшив статистичну невизначеність у два рази, так і від значного вдосконалення калібрування вимірювань енергії фотонів, що зменшило систематична невизначеність майже в чотири рази до 0,09 ГеВ.
«Прогресивні та суворі методи калібрування, використані в цьому аналізі, були критично важливими для підвищення точності до такого безпрецедентного рівня», — говорить Стефано Манцоні, керівник підгрупи електронно-фотонного калібрування ATLAS. «Їх розробка тривала кілька років і вимагала глибокого розуміння детектора ATLAS. Вони також принесуть велику користь майбутнім аналізам».
Коли дослідники ATLAS поєднали це нове вимірювання маси в дифотонному каналі з попереднім вимірюванням маси в чотирилептонному каналі, вони отримали масу бозона Хіггса 125,11 ГеВ з похибкою 0,11 ГеВ. З точністю 0,09% це найточніше вимірювання цього фундаментального параметра.
«Це дуже точне вимірювання є результатом постійного інвестування співпраці ATLAS у покращення розуміння наших даних», — говорить речник ATLAS Андреас Хекер. «Потужні алгоритми реконструкції в поєднанні з точним калібруванням є визначальними інгредієнтами точних вимірювань. Нове вимірювання маси бозона Хіггса додає дедалі детальнішого картографування цього важливого нового сектора фізики елементарних частинок». Джерело