Изучая эти явления, учёные стремятся обнаружить частицы, выходящие за рамки Стандартной модели, и разгадать тайны, такие как природа темной материи.
Современная физика элементарных частиц базируется на Стандартной модели, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия всех известных частиц. В течение длительного времени в ней существовала неразрешенная проблема: невозможно было зарегистрировать бозон Хиггса — частицу массой 125 гигаэлектронвольт. Предсказал её физик Питер Хиггс еще в 1964 году, а поиски её следов в экспериментах заняли более полувека.
Даже после обнаружения частицы на Большом адронном коллайдере в 2012 году оставалось неизвестным, насколько ее реальные свойства соответствуют расчетным. Такое соответствие принципиально важно, потому что история развития физики частиц — это история поиска несоответствий между расчетными представлениями о свойствах частицы и ее реальными свойствами. Именно из отклонений экспериментального поведения частиц от теоретических моделей в свое время ученые узнали, что из расщепления ядра атома можно извлекать энергию. Это положило начало атомной эре.
В мае 2023 года ЦЕРН заявилУченые завершили «сверку» редкого моделируемого поведения бозона Хиггса с экспериментами двух коллабораций, работающих с данными Большого адронного коллайдера: Atlas и CMS. Речь идет о распаде бозона Хиггса не по стандартным сценариям, а на Z-бозон и фотон.
Благодаря этому каналу происходит лишь 0,15% распадов бозона Хиггса. Несмотря на десятилетние наблюдения его распадов, значимая статистика по этому сценарию собрана только к 2023 году. Сейчас у этого результата нет статистической значимости «в пять сигм» (5σ) — только 3,4σ. Всё же с учетом редкости такого распада это достаточно для утверждения: бозон ведет себя так, как предсказывает Стандартная модель.
Многие физики элементарных частиц после 2012 года ожидали, что статистика распадов бозона Хиггса покажет отклонения от предсказаний. Таких отклонений связывали с надеждами на поиск частиц темной материи. Любая «неожиданная» часть, обнаруженная при разложении этого бозона, могла рассматриваться как кандидат в частицы темной материи.
После подтверждения предсказаний Стандартной модели даже для редких типов распадов бозона Хиггса, надежды на подобные прорывы кажутся уже слабыми. Модель физики частиц весьма точна, но дальнейшие крупные теоретические достижения в ближайшем будущем маловероятны. Следовательно, искать объяснение феномена темной материи, определяющей строение и судьбу наблюдаемой Вселенной, придется… в совсем других областях.