Sećate se koliko je bilo teško pronaći jedan Higsov bozon? Pokušajte da pronađete dva na istom mestu u isto vreme. Poznat kao di-Higsova proizvodnja, ovaj fascinantan proces može otkriti naučnicima ključne informacije o samo-interakciji Higsovog bozona.
Proučavanjem ovog procesa, fizičari mogu izmeriti snagu „samospajanja“ Higsovog bozona, što je fundamentalni aspekt Standardnog modela koji povezuje Higsov mehanizam i stabilnost našeg univerzuma.
Potraga za di-Higsovom produkcijom je posebno izazovan zadatak. To je veoma redak proces, oko 1.000 puta ređi od proizvodnje jednog Higsovog bozona. Tokom čitave druge runde Velikog hadronskog sudarača (LHC), očekuje se da je samo nekoliko hiljada di-Higsovih događaja proizvedeno u ATLAS eksperimentu, u poređenju sa 40 miliona sudara koji su se dešavali svake sekunde.
Fizičari olakšavaju potragu za di-Higsovom produkcijom traženjem na više mesta i analizom različitih načina raspada (načina raspadanja) di-Higsovog bozona. Istraživači iz ATLAS saradnje objavili su najosetljiviju pretragu za di-Higsovu proizvodnju i samospojivanje do sada, postignutu kombinovanjem pet studija LHC Run 2 podataka. Ovaj novi rezultat je njihova najsveobuhvatnija pretraga do sada, pokrivajući preko polovine svih mogućih di-Higsovih događaja u ATLAS-u. Studija je takođe postavljena na arKsiv server za preprint.
Pet pojedinačnih studija u ovoj kombinaciji fokusiralo se na različite načine raspadanja, od kojih svaki ima svoje prednosti i nedostatke. Na primer, najverovatniji režim di-Higsovog raspada je u četiri donja kvarka. Međutim, procesi standardnog modela takođe često stvaraju četiri donja kvarka, što otežava razlikovanje di-Higsovog događaja od ovog pozadinskog procesa.
Di-Higsov raspad na dva donja kvarka i dva tau leptona ima umerenu kontaminaciju u pozadini, ali je pet puta ređi i ima neutrine koji pobegnu neotkriveni, što komplikuje sposobnost fizičara da rekonstruišu raspad. Raspad na više leptona, iako nije previše retko, ima složene potpise.
Drugi di-Higsovi raspadi su još ređi, kao što je raspad na dva donja kvarka i dva fotona. Ovo konačno stanje čini samo 0,3% ukupnih di-Higgsovih raspada, ali ima čistiji potpis i mnogo manju pozadinu kontaminacije.
Kombinovanjem rezultata pretraživanja za svaki od ovih raspada, istraživači su uspeli da otkriju da verovatnoća da se proizvedu dva Higsova bozona isključuje vrednosti koje su više od 2,9 puta veće od predviđanja Standardnog modela. Ovaj rezultat je na nivou pouzdanosti od 95%, sa očekivanom osetljivošću od 2,4 (pod pretpostavkom da ovaj proces nije prisutan u prirodi).
Istraživači su takođe uspeli da ograniče snagu samospojivanja Higsovog bozona, postižući najbolju osetljivost na ovoj važnoj opservaciji. Otkrili su da su veličina Higsove konstante samospojivanja i snaga interakcije dva Higsova bozona i dva vektorska bozona u skladu sa predviđanjima Standardnog modela.
Ovaj kombinovani rezultat postavlja prekretnicu u proučavanju di-Higsove proizvodnje. Istraživači ATLAS-a su se sada usredsredili na podatke iz tekuće LHC Run 3 i predstojeće operacije LHC visokog osvetljenja. Sa ovim podacima, fizičari bi konačno mogli da posmatraju neuhvatljivu proizvodnju para Higs-bozona.
