Исследуя подобные явления, ученые стремятся обнаружить частицы, не входящие в Стандартную модель, и разрешить такие загадки, как таинственная темная материя.
Современная физика элементарных частиц базируется на Стандартной модели. Эта модель описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех известных элементарных частиц. На протяжении длительного времени существовала проблема: не было возможности зафиксировать бозон Хиггса — частицу, имеющую массу 125 гигаэлектронвольт. Физик Питер Хиггс еще в 1964 году предсказал существование этой частицы, однако поиски экспериментальных подтверждений заняли более чем полвека.
Даже после обнаружения в 2012 году на Большом адронном коллайдере оставался вопрос о том, насколько параметры этой частицы соответствуют теоретическим предсказаниям. Подобное соответствие имеет огромное значение, поскольку развитие физики частиц во многом связано с поиском расхождений между расчетными характеристиками частицы и ее реальными свойствами. Именно отклонения в экспериментальном поведении частиц от теоретических моделей позволили ученым установить, что из расщепления ядра атома можно получить энергию, что стало основой атомной эры.
В мае 2023 года ЦЕРН заявил, анализ редкого моделируемого поведения бозона Хиггса был завершен путем сравнения с результатами экспериментов, полученными двумя коллаборациями, работающими с данными Большого адронного коллайдера — Atlas и CMS. Изучался распад бозона Хиггса, который отклоняется от стандартных сценариев, таких как распад на пару b-кварк-b-антикварк, пару фотонов или пару электрон-позитрон (антиэлектрон) и/или мюон-антимюон. В результате удалось зарегистрировать распад частицы Хиггса на Z-бозон и фотон.
На данном канале фиксируется всего 0,15% распадов бозона Хиггса, поэтому, несмотря на десятилетний период наблюдений, достаточная статистика по этому сценарию была получена лишь к 2023 году. При этом, даже сейчас, полученный результат не обладает статистической значимостью, равной «пяти сигмам» (5σ) – он составляет лишь 3,4σ. Однако, принимая во внимание крайне низкую вероятность такого распада, этого оказалось достаточно, чтобы подтвердить: бозон демонстрирует ожидаемое поведение в соответствии со Стандартной моделью.
После 2012 года многие физики частиц ожидали, что статистика распадов бозона Хиггса покажет отклонения от теоретических расчетов. Эти отклонения связывались с надеждами на поиск частиц темной материи. Любая «неожиданная» частица, обнаруженная в результате распада бозона Хиггса, могла рассматриваться как возможный кандидат в состав темной материи.
Учитывая, что даже самые необычные виды распадов бозона Хиггса подтвердили соответствие теоретическим расчетам, подобные ожидания кажутся маловероятными. Стандартная модель физики частиц, по всей видимости, оказалась весьма точной, однако значительные теоретические открытия в этой области в ближайшее время представляются маловероятными. В связи с этим, поиски объяснения природы темной материи, которая формирует структуру и определяет эволюцию видимой Вселенной, предстоит в совсем других областях.