CERN: detektovan rijetki raspad Higgsovog bozona u mione

Na 40. Internacionalnoj konferenciji fizike visokih energija, koja se ove godine održala virtuelno u Pragu, početkom avgusta, CERN-ovi eksperimenti ATLAS i CMS objavili su nove rezultate koji pokazuju da se Higgsov bozon raspada u dva miona. 

Mion ili muon je teža "varijanta" elektrona, jedna od elementarnih čestica koje čine materiju u svemiru. Dok su elektroni klasificirani kao čestica prve generacije, mioni pripadaju drugoj generaciji.  Mioni imaju naboj od -1 i spin od 1/2, što ih čini fermionima, ali ima je masa oko 105.6 MeV, dok je masa elektrona oko 0.51 MeV.

Proces raspadanja Higgsovog bozona u mione je rijedak fenomen, jer se samo jedan Higgsov bozon od njih 5000 raspada u mione. Ovi novi rezultati imaju važan značaj za temeljnu fiziku, jer prvi put pokazuju da Higgsov bozon djeluje s osnovnim česticama druge generacije. Znali smo da djeluje s nekim česticama tzv. "prve generacije", odnosno klase, i to ne svi. 

Gornji, donji kvark, elektron i elektron neutrino su čestice prve generacije.

Čestice druge generacije su šarmantni i čudni kvark, mion i mion neutrino, a čestice treće generacije su vršni i dubinski kvark, tau i tau neutrino. U generacije se dijele kvarkovi i leptoni.

Fizičari iz CERN-a proučavaju Higgsov bozon od njegovog otkrića 2012. godine kako bi ispitali svojstva ove vrlo posebne čestice. Higgsov bozon, proizveden od sudara protona u Velikog hadronskom sudaralu (LHC), raspada se gotovo trenutno u druge čestice. Jedna od glavnih metoda proučavanja Higgsovih svojstava bozona je analiza načina raspadanja u različite elementarne čestice i analiza brzine raspada.

CMS je dobio dokaz za ovaj raspad u dva miona od 3 sigme, što znači da je šansa da vidimo Higgsov bozon kako propada u mionski par manja od jednog od 700. ATLAS-ov rezultat s dvije sigme znači da su šanse jedna od 40. Kombinacija oba rezultata povećala bi značaj znatno iznad 3 sigme i pružila snažne dokaze za raspad Higgsovog bozona na dva miona.

Higgsov bozon je, da ponovimo,  kvantna manifestacija Higgsovog polja, koja daje masu elementarnim česticama s kojima je u doticaju, putem Brout-Englert-Higgsovog mehanizma. Mjereći brzinu kojom se Higgsov bozon raspada na različite čestice, fizičari mogu zaključiti snagu njihove interakcije s Higgsovim poljem: što je veća brzina raspada u određene čestice, to je jača njegova interakcija s poljem. 

Do sada su eksperimenti ATLAS i CMS uočili raspad Higsonovog bozona u različite vrste bozona kao što su W i Z bozoni i u teže fermione poput tau leptona. Interakcija s najtežim kvarkovima, vršnim i dubinskim,  izmjerena je 2018. Mioni su mnogo lakši i njihova interakcija s Higgsovim poljem je slabija. Stoga interakcije između Higgsovog bozona i miona ranije nisu primijećene na LHC-u.