物理学者はまれなヒッグス粒子崩壊の証拠を見つける

2012年にヒッグス粒子が発見されて以来、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）でのATLASとCMSの共同研究の科学者たちは、その特性の特徴を明らかにし、この不思議な粒子を崩壊させるさまざまな方法を探しています。豊富ではあるが実験的に複雑なbクォークへの崩壊から、まれな4つのレプトンへの崩壊まで、それぞれがこの新しい粒子の特性を研究するためのさまざまな方法を提供します。

現在、ATLASは、ヒッグス粒子が2つのレプトン（反対の電荷を持つ電子またはミューオンのペア）と光子に崩壊する最初の証拠を発見しました。 「ダリッツ崩壊」として知られるこの崩壊は、LHCでこれまでに観測された中で最もまれなヒッグス粒子崩壊の1つです。

この分析のために、ATLASの物理学者は、仮想光子によって媒介されるヒッグス粒子の崩壊を標的にしました。通常の安定した質量のない光子とは異なり、この仮想粒子は通常、非常に小さい（ただしゼロではない）質量を持ち、即座に2つのレプトンに崩壊します。

ATLASの物理学者は、光子との衝突イベント、および総質量が30GeV未満の2つのレプトンについて完全なLHCRun2データセットを調べました。この領域では、仮想光子による崩壊が、同じ最終状態につながる他のプロセスよりも優勢になるはずです。

ATLASは、この減衰チャネルでのヒッグスボソン信号速度を測定しました。これは、標準モデルからの予想よりも1.5±0.5倍高速です。観測された信号がバックグラウンド変動によって引き起こされた確率は3.2シグマであり、1000分の1未満です。

今後の高光度LHCプログラムから予想される膨大な量のデータにより、まれなヒッグスボソン崩壊の研究が新しい標準になるでしょう。これにより、物理学者は、存在の証拠を提示することから、観察結果を確認し、ヒッグス粒子の特性の詳細な研究を行うことへと移行することができます。これにより、標準モデルのさらに厳密なテストが可能になります。

ヒッグス粒子の光子とレプトンのペアへの崩壊を観察することで、物理学者は電荷パリティ（CP）対称性を研究することができます。 CP対称性は、相互作用する粒子の鏡像（粒子が反粒子に置き換わっている）は、元の相互作用とまったく同じように見えるはずであるという言い方です。

これは、1964年にK中間子粒子を研究している物理学者が驚いたことに、素粒子物理学の世界ではそうではないことに気付くまで、自然な仮定でした。それ以来、物理学者はCP対称性の破れが電弱相互作用の兆候であることを学び、それを標準模型に含めました。

しかし、ヒッグス粒子が3つの粒子に崩壊し、そのうちの2つが帯電しているため、物理学者は崩壊が好ましい方向にあるかどうかを調べることができます。これにより、研究者はCP対称性の破れの理由の理解を深めることができます。そして、標準模型を超える新しい物理学のヒントにさえつながるかもしれません。