Ученые из Европейской организации ядерных исследований CERN провели измерения времени «жизни» бозона Хиггса с самой большой точностью на сегодняшний день. Так как эта загадочная элементарная частица существует лишь в течение очень короткого времени, ученым пришлось придумать и использовать совершенно новый метод для вычисления этого времени.
Напомним нашим читателям, что бозон Хиггса, существование которого было предсказано в теории в 1960-х годах, являлся заключительной частицей, открытие которой придало Стандартной модели физики элементарных частиц полностью завершенную форму. Обнаружение бозона Хиггса в 2012 году стало одним из самых важных научных событий текущего столетия, ученые, которые сформулировали соответствующую теорию, удостоились в 2013 году Нобелевской премии по физике.
С момента открытия бозоны Хиггса регулярно производятся в недрах Большого Адронного Коллайдера, что позволяет ученым изучать их свойства. Но этот процесс связан со значительными трудностями, ведь бозон Хиггса в оригинальном состоянии существует лишь в течение нескольких крошечных долей секунды, после чего он распадается на другие элементарные частицы. И как это ни парадоксально, время существования бозона является именно той величиной, которая с самым большим трудом поддается измерению.
Ученые из сообщества CMS Collaboration использовали косвенный метод измерения продолжительности «жизни» бозона Хиггса. Исследуемой величиной стала так называемая массовая ширина, диапазон возможных масс, которые может иметь данная частица. Существует такая зависимость, что чем шире массовая ширина, тем короче продолжительность жизни частицы, и эта зависимость позволила ученым вычислить последнюю величину, измерив первую с большой точностью.
Номинальная масса-энергия бозона Хиггса составляет 125 ГэВ (гигаэлектронвольт). Но благодаря одной из квантовых странностей, принципу неопределенности Гейзенберга, иногда возникают варианты бозона с большим значением массы. Используя набор данных, собранных во время второго периода работы коллайдера, ученые вычислили соотношение бозонов Хиггса с массой, близкой к номинальной, к бозонам с намного большей массой.
Используя полученное значение соотношения, было вычислено, что время «жизни» бозона Хиггса составляет 210 йоктосекунд, что находится в пределах септиллионной доли секунды и выражается числом с 22 нулями после запятой. Погрешность измерений составляет (+2.3/-0.9)x10^-22, что делает данные измерения самыми точными на сегодняшний день измерениями длительности существования бозона Хиггса.
«Мы показали, что факт возникновения бозонов Хиггса с массой, отличающейся от стандартной, предлагает отличный способ для измерения времени «жизни» бозона Хиггса» — рассказывает Паскаль Ванлар (Pascal Vanlaer), физик из сообщества CMS, — «А данные, которые будут собраны во время последующих периодов работы коллайдера, плюс новые аналитические методы позволят нам в будущем измерить эту величину с еще большей точностью».
