Durata de viaţă a bosonului Higgs, măsurată experimental, confirmă predicţia Modelului Standard
Bosonul Higgs este unic în multe privințe.
Ca majoritatea celorlalte particule elementare, bosonul Higgs este instabil și trăiește doar pentru un timp extrem de scurt.
Conform Modelului Standard al fizicii particulelor, durata de viaţă a bosonului Higgs este de 1,6*10-22 secunde.
Măsurarea experimentală a duratei de viață a bosonului Higgs este foarte importantă, deoarece ne permite să cunoaştem intensitatea interacțiunii sale cu alte particule și ne oferă posibilitatea evaluării unor teorii ale căror predicţii sunt în afara Modelului Standard.
Într-un nou studiu, fizicienii din cadrul experimentului Compact Muon Solenoid (CMS) de la Large Hadron Collider (LHC) al CERN au determinat experimental durata de viață a bosonului Higgs, confirmând predicţia Modelului Standard cu o incertitudine suficient de mică.
Bosonul Higgs se transformă în 4 miuoni (liniile roșii). Credit: CERN.
Măsurarea experimentală a duratei de viață a bosonului Higgs permite o înțelegere mai bună a acestei particule, dar şi o verificare a valorii care este 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 dezintegra.
Măsurarea duratei de viață a bosonului Higgs nu este uşoară, deoarece valoarea estimată este mult prea mică pentru a fi măsurată direct.
O posibilă soluție pentru depăşirea acestui obstacol presupune măsurarea unei proprietăți asociate denumită „lățimea” masei particulei, care este invers proporțională cu durata de viață și reprezintă un interval mic de mase posibile în jurul masei nominale a particulei de 125 GeV.
Nici acest lucru nu este ușor de făcut, 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 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 reprezintă o manifestare a unei ciudăţenii cuantice cunoscută sub numele de principiul de incertitudine al lui Heisenberg.
O comparație între rata de producere a acestor bosoni Higgs de masă mare cu cea a bosonilor Higgs normali sau având o masă apropiată de cea nominală poate fi utilizată pentru a extrage „lățimea” masei bosonului Higgs și, prin urmare, durata de viață a acestuia.
Cercetătorii au analizat datele culese de experimentul CMS, în special cele despre bosonii Higgs care se transformă în doi bosoni Z şi care la rândul lor se transformă în 4 leptoni cu sarcină electrică sau 2 leptoni cu sarcină electrică plus doi neutrini.
Din rezultatul obţinut, a cărui şansă să fie un accident statistic este de 1 din 1.000, cercetătorii au obținut o durată de viață a bosonului Higgs de 2,1*10 -22 secunde.
Această valoare, care este cea mai precisă de până acum, se potriveşte bine cu predicția Modelului Standard și confirmă durata mică de viaţă a particulei.
„Rezultatul nostru demonstrează că producerea de bosoni Higgs oferă o modalitate excelentă de a măsura durata de viață a bosonului Higgs şi stabilește o piatră de hotar în studiul proprietăților acestei particule unice.
Este de așteptat ca precizia măsurătorilor să se îmbunătățească în următorii ani cu ajutorul datelor ce vor fi obţinute în viitoarele experimente din cadrul LHC și a unor noi idei de analiză”, a declarat Dr. Pascal Vanlaer, membru al colaborării CMS.
Traducere după Higgs Boson Has Tiny Lifespan, New Research Confirms