International Physics Masterclasses

Bozon Higgsa

Bozon Higgsa jest ostatnią cząstką Modelu Standardowego, której istnienie zostało potwierdzone eksperymentalnie. W lipcu 2012 r. eksperymenty ATLAS i CMS ogłosiły odkrycie nowego bozonu o masie około 125 GeV, który mógł być długo oczekiwanym bozonem Higgsa.

Model Standardowy nie podaje masy bozonu Higgsa. Pozwala jednak obliczyć, jak często powinien być produkowany i w jaki sposób rozpadać się na znane cząstki, gdyby miał jakąś określoną masę. Na poniższym rysunku zostało przedstawione, jak często i na jakie cząstki rozpada się bozon Higgsa o masie 125 GeV.

Bozon Higgsa jest cięższy nawet od bozonu Z poznanego wcześniej i ma bardzo krótki czas życia. Przed rozpadem może więc przebyć jedynie bardzo krótki dystans - nie ma więc szansy na bezpośrednie zaobserwowanie go w eksperymencie ATLAS, ani w żadnym innym detektorze cząstek.

Bozon Higgsa może być produkowany w LHC w zderzeniach proton-proton o wielkiej energii. ATLAS i CMS zaobserwowały rozpady na: (i) dwa bozony Z, dające dwie pary naładowanych leptonów (ii) dwa fotony, oraz (iii) dwa bozony W, dające dwa naładowane leptony i dwa neutrina. Ostatnio zaobserwowano także rozpad bozonu Higgsa na pary leptonów tau.

W ćwiczeniu Z będzie szansa na szukanie rozpadów (i) i (ii) bozonu Higgsa oraz na częściowe powtórzenie tego, co robili fizycy z ATLASa w CERN.

Cząstka odkryta w 2012 r. przez eksperymenty ATLAS i CMS jest obecnie uznawana za "bozon Higgsa". Wiele jej własności (w tym także spin) zostało zmierzonych i okazały się one zgodne z przewidywaniami Modelu Standardowego. Zaobserwowano rozpad bozonu Higgsa na parę leptonów tau, natomiast rozpad na parę kwarków b nie został jeszcze potwierdzony doświadczalnie.

Ale dlaczego wykryte zostały rozpady tak rzadkie jak H→γγ (z prawdopodobieństwem 0.2%), a nie zaobserwowano znacznie częstszych rozpadów H→bb̅ (z prawdopodobieństwem 57%)? Ten drugi rodzaj rozpadów bozonu Higgsa prowadzi do powstania dwu dżetów cząstek, dlatego jest je trudno oddzielić od wielokrotnie częstszej produkcji dżetów wynikającej z oddziaływań silnych dominujących w zderzeniach proton-proton.

Za jakiś czas, być może w kolejnych Warsztatach Masterclasses, będzie można badać takie rozpady cząstki Higgsa. Na razie możemy życzyć szczęścia w poszukiwaniach bozonu Higgsa w rozpadach na ZZ i γγ.

Czy to nie wspaniałe, że możesz analizować te same dane, na podstawie których odkryto bozon Higgsa?

TUTAJ można dowiedzieć się więcej o cząstce Higgsa. W Modelu Standardowym występuje pole Higgsa, nadające masę wszystkim cząstkom, z którym powiązany jest bozon Higgsa, cząstka za spinem 0. To właśnie tej cząstki poszukujemy w LHC.