Bosonul Higgs are o durată de viață scurtă, confirmă un nou studiu

Bosonul Higgs este deosebit în multe privințe. Ca majoritatea celorlalte particule elementare, este instabilă și trăiește doar pentru un timp extrem de scurt, 1,6 x 10^-22 secunde, conform Modelului Standard al fizicii particulelor.

Măsurarea experimentală a duratei de viață a particulei este foarte importantă: ne permite să învățăm despre puterea interacțiunii sale cu alte particule și să aruncăm o privire în fizică dincolo de teoria actuală, scrie Sci-News.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Într-un nou studiu, fizicienii de la Compact Muon Solenoid (CMS) Collaboration de la Large Hadron Collider (LHC) al CERN raportează o valoare pentru durata de viață a particulei care are o incertitudine suficient de mică pentru a confirma că bosonul Higgs are o viață atât de scurtă.

Măsurarea duratei de viață a bosonului Higgs este în fruntea listei de dorințe a fizicienilor de particule, deoarece o valoare experimentală a duratei de viață le-ar permite nu numai să înțeleagă mai bine natura particulei, ci și să afle dacă valoarea se potrivește sau nu cu valoarea prezisă de Modelul standard al fizicii particulelor.

O abatere de la predicție ar putea indica noi particule sau forțe neprevăzute de modelul standard, inclusiv noi particule în care bosonul Higgs s-ar descompune.

Dimensiunea pe care o are bosonul Higgs nu poate fi măsurată direct

Dar nu este ușor să măsori durata de viață a bosonului Higgs. În primul rând, durata de viață estimată este prea scurtă pentru a fi măsurată direct.

O posibilă soluție presupune măsurarea unei proprietăți înrudite numită lățimea masei, care este invers proporțională cu durata de viață și reprezintă intervalul mic de mase posibile în jurul masei nominale a particulei de 125 GeV.

Dar nici acest lucru nu este ușor, deoarece lățimea de masă prezisă a bosonului Higgs este prea mică pentru a fi măsurată cu ușurință prin experimente.

Pe lângă faptul că este produsă cu o masă egală sau apropiată de valoarea sa nominală, o particulă de scurtă durată, cum ar fi bosonul Higgs, poate fi produsă și cu o masă mult mai mare decât valoarea nominală, deși șansele ca acest lucru să se întâmple sunt mai mici.

Acest efect și de fapt lățimea de masă a particulei, de asemenea, este o manifestare a unei ciudățenii cuantice cunoscută sub numele de principiul de incertitudine al lui Heisenberg; o comparație între rata de producție a acestor bosoni Higgs de masă mare cu cea a bosonilor Higgs nominali sau aproape de nominal poate fi utilizată pentru a extrage lățimea masei bosonului Higgs și, prin urmare, durata de viață a acestuia.

Folosind această metodă, fizicienii de la CMS Collaboration au obținut prima dovadă pentru producerea bosonilor de masă mare.

În studiu, ei au analizat datele culese de experimentul CMS în timpul celei de-a doua rulări a LHC, în special datele despre bosonii Higgs care se transformă în doi bosoni Z, care ei înșiși se transformă în patru leptoni încărcați sau doi leptoni încărcați plus doi neutrini.

Din rezultatul lor, care are o șansă de doar 1 din 1.000 de a fi o întâmplare statistică, au obținut durata de viață a bosonului Higgs de 2,1 x 10^-22 secunde.

Cercetarea confirmă predicția Modelului Standard

Această valoare, cea mai precisă de până acum, se aliniază bine cu predicția modelului standard și confirmă că particula are într-adevăr o durată de viață mică.

„Rezultatul nostru demonstrează că producția de boson Higgs  de masă mare oferă o modalitate excelentă de a măsura durata de viață a bosonului Higgs și stabilește o piatră de hotar în studiul proprietăților acestei particule unice”, a spus dr. Pascal Vanlaer, membru al CMS Collaboration.

„Precizia măsurătorilor este de așteptat să se îmbunătățească în următorii ani, cu date de la următoarele rulări LHC și noi idei de analiză”, a adăugat omul de știință.

Concluziile au fost publicate pe serverul de informații CERN CDS.

Vă recomandăm să citiți și:

Ce ucide galaxiile? Rezolvarea unui vechi mister al astrofizicii

Plante reîncărcabile care „strălucesc în întuneric”, tehnologia care ar putea revoluționa traiul modern

Reușită incredibilă. Oamenii de știință au creat sticla mai rezistentă decât diamantele naturale

O nouă țesătură poate transforma îmbrăcămintea în ecrane complet funcționale chiar și după spălare