Новые замеры на БАК помогут ученым узнать время смерти Вселенной

Физики ЦЕРН впервые смогли точно измерить силу взаимодействий между бозоном Хиггса и топ-кварком, самой тяжелой элементарной частицей, что критически важно для оценки стабильности Вселенной и вычисления сроков ее жизни. Их выводы были опубликованы в журналах Physical Review Letters и Physics Letters B.

"Замеры, которые провели ATLAS и CMS, указывают на то, что бозон Хиггса играет центральную роль в том, почему топ-кварк имеет столь большую массу. Это, конечно же, укладывается в предсказания Стандартной модели, но теперь у нас есть первое экспериментальное доказательство этого факта", - заявил Карл Якобс (Karl Jakobs), официальный представитель коллаборации ATLAS.

Ткань Вселенной

Большой адронный коллайдер завершил первый цикл своей работы в феврале 2013 года, когда самый мощный ускоритель на Земле был впервые отправлен на длительные "каникулы". В рамках этого этапа БАК удалось решить свою главную задачу - найти бозон Хиггса, особую частицу, отвечающую за массу всех объектов во Вселенной.

Бозон Хиггса был "пойман" сразу двумя научными группами ЦЕРН, которые охотились за неуловимой "частицей Бога" - коллаборациями ATLAS и CMS, работавшими с одноименными детекторами БАК. Следы его распадов были найдены в парах фотонов и двух других бозонов, отвечающих за перенос слабых и электромагнитных взаимодействий.

Открытие "частицы Бога", как отмечают Якобс и его коллеги, не закрыло всех пробелов в Стандартной модели физики. К примеру, ученые ничего не знали о том, как бозон Хиггса взаимодействует с топ-кварками, самыми тяжелыми элементарными частицами, точная масса которых неизвестна до сих пор.

Проблема заключалась в том, что топ-кварк обладает слишком большой массой для того, чтобы он мог возникать при распадах бозона Хиггса, что мешало физикам измерить точную силу взаимодействий между этими частицами по тому, как часто первые рождаются при распадах последних.

Выход БАК на новую мощность в апреле 2015 года, 14 ТэВ, позволил физикам впервые получить ответ на этот вопрос, наблюдая за тем, как столкновения протонов в кольце ускорителя одновременно порождали не только "частицы Бога", но и пару из топ-кварка и антикварка.

Конец вечности

Подобные тройки частиц, как отмечают участники коллабораций ATLAS и CMS, рождаются на коллайдере достаточно редко - лишь 1% бозонов Хиггса рождается в компании с двумя топ-кварками, следы которых найти достаточно тяжело и без появления рядом новых "частиц Бога".

Поэтому им пришлось потратить три года на сбор достаточного количества данных для того, чтобы доказать, что бозон Хиггса и топ-кварки действительно взаимодействуют между собой и делают это так, как предсказывает Стандартная модель физики.

Эти замеры важны не только для поисков следов "новой физики", выходящей за пределы Стандартной модели, но и для оценки того, как долго проживет наша Вселенная.

Само существование "частицы Бога" и связанного с ней поля Хиггса говорит о том, что мы, скорее всего, живем не в настоящем, а в так называемом "ложном вакууме". Это означает, что самое низкое энергетическое состояние, в котором могут находиться частицы в нашем мире, которое физики называют "вакуумом", на самом деле не является абсолютным "нулем", или минимумом на языке математики.

Как недавно выяснили теоретики, "абсолютный вакуум" может возникнуть внутри некоторых черных дыр, если состояния поля Хиггса внутри них изменится даже на небольшое значение. В результате этого остальные частицы смогут просачиваться через энергетический барьер, разделяющий ложный и реальный вакуум, что приведет к его коллапсу и гибели Вселенной, ее полному "переформатированию".

Вероятность этого события, в свою очередь, зависит от массы топ-кварка и того, как сильно он взаимодействует с бозоном Хиггса. До настоящего времени у ученых не было точных значений этих параметров, и новые замеры ATLAS и CMS помогут узнать, как долго может прожить Вселенная, и сможет ли она жить вечно, если топ-кварк окажется чуть легче, чем сегодня считают физики.