Бозон Хиггса может быть частью загадки материи и антиматерии
В науке есть такая проблема: дисбаланс между материей и антиматерией во Вселенной. Ученые считают, что в процессе Большого Взрыва должно было образоваться равное количество материи и антиматерии, которые аннигилировали бы и превратились в ноль. Но поскольку мы живы и наблюдаем материю, что-то пошло не так. Что?
Несколько экспериментов, включая эксперимент BaBar Национальной ускорительной лаборатории SLAC, помогли объяснить некоторые — но не все — аспекты проблемы. Теперь же теоретик SLAC и его коллеги предложили возможный метод поиска ответа на вопросы с участием бозона Хиггса.
В работе, опубликованной в журнале Physical Review D, они утверждают, что ученые Большого адронного коллайдера, где был обнаружен бозон Хиггса, будут искать конкретные события распада Хиггса, когда коллайдер снова будет запущен в 2015 году. Детали этого распада смогут ответить на вопрос, участвовал Хиггс или не участвовал в вопросе дисбаланса материи и антиматерии.
«Пришло время спланировать стратегию поиска, — говорит Мэтт Долан, научный сотрудник SLAC и соавтор работы. — Когда БАК заработает в полную силу, мы будем готовы».
Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии (или вещества/антивещества) — один из самый серьезных вопросов среди физиков частиц и космологов, кроме того, в его основе лежит сама суть нашего существования. В момент времени после Большого Взрыва, когда Вселенная охладилась достаточно для образования материи, большинство пар частиц материи-антиматерии должны были взаимно уничтожить друг друга. Но что-то нарушило баланс в пользу материи и мы — звезды, планеты, галактики, жизнь — нашли место под солнцем.
Недавно обнаруженный бозон Хиггса напрямую связан с вопросами массы и материи. И весьма логичен вопрос, может ли бозон Хиггса быть вовлечен в преобладании материи над антиматерией.
Работа основана на явлении под названием нарушения СР-инвариантности, нарушения комбинированной четности. BaBar исследует конкретно это явление. Нарушение СР-инвариантности говорит о том, что природа по-разному определяет частицы и их зеркально отраженные версии с противоположным зарядом.
«Поиск нарушения СР-инвариантности на БАК — сложный процесс, — говорит Долан. — Мы только начали изучать свойства Хиггса, и любые эксперименты должны быть крайне тщательно разработаны, если мы хотим улучшить наше понимание того, как Хиггс ведет себя в различных условиях».
Во-первых, исследователи должны подтвердить, что Хиггс вписывается в Стандартную модель, на данный момент лучшее описание материи, энергии и процессов, которые за этим стоят. Хиггс, который вписывается в Стандартную модель, будет СР-четным; который не вписывается — СР-нечетным. Ключевым моментом, который покажет, что Хиггс причастен к нарушению СР-инвариантности, будет то, что он совместит четный и нечетный аспекты.
Теоретики предложили эксперимент, который позволит взглянуть на процесс распада Хиггса на две тау-частицы, тогда как остальная энергия от обычных протон-протонных столкновений будет выброшена в две струи, или потока. Любая смесь СР-четности и СР-нечетности в бозоне Хиггса будет определяться углом между двумя струями.
«Это очень серьезный и сложный анализ», — говорит Филип Харрси, штатный физик ЦЕРН и соавтор работы. Харрис занимается изучением вопроса распадов Хиггса на тау и тау, свидетельства которых появились только недавно».
«Я хотел бы добавить измерения нарушений СР-инвариантности в наш анализ, и то, что предложили Мэтт, Мартин и Майкл — наиболее жизнеспособный вариант, — заявил Харрис, добавив, что будет с нетерпением ждать, когда БАК начнет генерировать данные. — Даже с данными, собранными в течение нескольких месяцев, мы сможем сделать конкретные выводы об участии Хиггса в СР-нарушениях».