Коллаборация ATLAS сообщила о важных новых данных по изучению свойств бозона Хиггса на конференции EPS-HEP 2025 в Марселе. Учёные сосредоточились на двух крайне редких каналах распада этой фундаментальной частицы: распаде бозона Хиггса на пару мюонов (H → μμ), происходящем один раз на 5000 случаев. Исследование этого распада важно для понимания взаимодействия бозона Хиггса с фермионами второго поколения и для прояснения механизма возникновения массы у частиц разных поколений. Ранее подобные взаимодействия наблюдались только для частиц третьего, наиболее тяжёлого поколения: тау-лептона, t-кварка и b-кварка.
Второй изучаемый процесс – распад бозона Хиггса на Z-бозон и фотон (H → Zγ), при этом Z-бозон разлагается на пару электронов или мюонов. Редкий распад представляет особый интерес, так как происходит через сложный промежуточный «петлевой» процесс с участием виртуальных частиц. Вклад в эту петлю неизвестных частиц мог бы стать указанием на существование физики за пределами Стандартной модели.
Обнаружение этих редких распадов представляет большие трудности. Для поиска H → μμ исследователи анализировали данные, ища небольшое превышение событий, сгруппированных около массы пары мюонов в 125 ГэВ (соответствующей массе бозона Хиггса). Этот слабый сигнал легко теряется на фоне тысяч пар мюонов, образующихся в других процессах столкновений. Выделить распад H → Zγ еще сложнее, так как Z-бозон распадается на электронную или мюонную пару лишь в 6% случаев, а сигналы фотонов часто маскируются «имитацией» со стороны струй адронов (джетов).
Чтобы увеличить точность поиска физика ATLAS объединили данные первых трёх лет работы Большого адронного коллайдера (БАК) сеанса Run 3 с полным набором данных предыдущего сеанса Run 2. Также разработали улучшенные методы моделирования фоновых процессов, классифицировали события по специфическим режимам рождения бозона Хиггса (глю-глю, вектор-бозон слияние, ассоциированное рождение с топ-кварками или векторными бозонами), и внедрили усовершенствования в методики отбора событий.
При обработке объединённых данных Run 2 и Run 3 коллаборация ATLAS достигла значимости в 3,4 сигмы при поиске распада H → μμ, что означает вероятность случайной флуктуации фона менее 1 к 3000.
Анализ данных Run 2 от ATLAS и CMS показал избыток событий по сравнению с фоновой гипотезой на уровне 3,4 сигмы, тогда как ожидалось 1,6 сигма. Последний результат ATLAS, основанный на объединении данных Run 2 и Run 3, указал на избыток с значимостью 2,5 сигмы. Новая оценка чувствительности составляет 1,9 сигмы, что является наиболее строгим значением для измерения вероятности этого распада (коэффициента ветвления) H → Zγ.
Рекордный объем качественных данных от БАК, эффективность и производительность детектора ATLAS, а также применение передовых методов анализа позволили достичь этих результатов. Исследования редких распадов бозона Хиггса активно продолжаются с учётом перспективы получения новых данных в работе БАК.