Veľmi zaujímavé výsledky prezentované počas druhého dňa konferencie ICHEP2020 [0] pochádzajú z experimentov ATLAS a CMS. Sú to dva najväčšie experimenty na urýchľovači LHC v CERN-e, ktoré už tradične súperia o prvenstvo pri prinášaní nových výsledkov. Ich najväčším objavom je nepochybne Higgsov bozón [1] z roku 2012 [2][3].
Higgsov bozón je produkovaný v zrážkach protónov v LHC, ale takmer okamžite sa rozpadá rôznymi spôsobmi na ľahšie častice. Štandardný model predpovedá pravdepodobnosti pre rôzne rozpadové kanály, pričom prvý krát bol Higgs pozorovaný prostredníctvom dvoch z nich: rozpad na dva fotóny a rozpad na štyri leptóny (teda ľahké častice). Zaujímavé je, že tieto rozpady ani zďaleka nie sú najpravdepodobnejšie; sú ale experimentálne ľahšie rozoznateľné od iných (pozaďových) procesov, medzi ktorými hľadáme rozpady Higgsovho bozónu. Roky naberania dát a analýz po prvotnom objave trvalo kým sa experimentom podarilo nájsť ďalšie predpovedané rozpadové kanály, ako napríklad rozpad na 2 tau leptóny či rozpad na 2 bottom kvarky.
To nás privádza k dnešným novým výsledkom z experimentov ATLAS [4] a CMS [5]. Rozpad Higgsovho bozónu na 2 mióny [6] dlho odolával pozorovaniu napriek tomu, že jeho pravdepodobnosť je len približne desať krát menšia oproti rozpadu na dva fotóny. Dôvodom je, že páry miónov bežne vznikajú pri zrážkach protónov v LHC (napríklad prostredníctvom tzv. Drell-Yan procesu [7]). Hľadanie rozpadu Higgsa na dva mióny je preto veľmi náročné a experimenty sú nútené používať rôzne sofistikované metódy (kľúčový pojem je machine learning) na rozoznávanie hľadaného rozpadu od tých nezaujímavých.
Výsledky sú ilustrované na priloženom obrázku. V ňom je vidno ako oba experimenty vidia malý nadbytok dvojmiónových rozpadov nad predpovedaným pozadím v blízkosti hmotnosti Higgsovho bozónu, čo je približne 125 GeV. To, či je meranie štatisticky významne odlišné oproti prípadu ak by tam hľadaný rozpad nebol, v časticovej fyzike vyčísľujeme pomocou takzvanej významnosti (significance). Zvykom je, že za objav novej častice či procesu považujeme meranie s významnosťou 5-sigma. Nové merania rozpadu Higgsa na 2 mióny dosiahli významnosť 2-sigma (ATLAS) a 3-sigma (CMS), čo znamená, že zatiaľ síce nehovoríme o objave, ale o náznaku, ktorý sa takmer
isto potvrdí v nových dátach, ktoré začnú experimenty naberať v roku 2021.
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson
[2] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037026931200857X
[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269312008581
[4] https://indico.cern.ch/event/868940/contributions/3813477/
https://arxiv.org/abs/2007.07830
[5] https://indico.cern.ch/event/868940/contributions/3813523/
https://cds.cern.ch/record/2725423?ln=en
[6] Presnejšie povedané na jeden mión a jeden anti-mión.
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Drell%E2%80%93Yan_process