Хиггсовский бозон может помочь при изучении сильных взаимодействий

Когда новую частицу открывают в эксперименте, физики не только сразу принимаются изучать ее вдоль и поперек, но и ищут возможности использовать ее для каких-то новых задач. Частица, которая поначалу являлась целью исследования, зачастую сама превращается в инструмент для достижения других целей, для решения более сложных научных задач. Причем задачи эти могут быть совсем из другого раздела физики частиц, нежели поиск самой этой частицы.

Так случилось с разнообразными тяжелыми адронами: их поиск — из области физики сильных взаимодействий, а сейчас с их помощью ищут суперсимметрию. Так же дело обстояло и с топ-кварками: скажем, сейчас неопределенность массы топ-кварка является ключевой для выяснения устойчивости хиггсовского вакуума. То же самое может произойти и с самим хиггсовским бозоном, и причем в довольно неожиданных областях.

Конечно, изучение хиггсовского бозона полезно для поиска Новой физики; собственно, в этом и состоит главная научная польза от его исследования. Но сейчас выясняется, что хиггсовский бозон может даже пригодиться для изучения сильных взаимодействий, такой приземленной и, казалось бы, далекой от хиггсовской физики области. Идея такого использования бозона Хиггса «не по прямому назначению» была опубликована в появившемся на днях е-принте arXiv:1308.1655.

Суть тут вот в чем. Лет через 5-7 планируется модернизировать Большой адронный коллайдер до стадии HL-LHC — Большого адронного коллайдера на высокой светимости. Такой режим работы будет полезен для поиска Новой физики или изучения редких процессов, но он буквально «убьет» исследования по физике сильных взаимодействий. Дело в том, что при высокой светимости «эффект нагромождения» станет совершенно огромным. При одном столкновении сгустков частиц будут происходить сотни отдельных протон-протонных столкновений, следы которых станут накладываться в детекторе друг на друга, так что разобраться в этой мешанине (и в частности, изучить свойства сильных взаимодействий) будет исключительно трудно.

Авторы новой статьи предлагают способ, как справиться с этой напастью. Для этого надо не просто измерять адронные процессы сами по себе, а сравнивать их с процессом рождения и распада хиггсовского бозона. Эффект нагромождения мешает измерить сечение и того, и другого процесса по отдельности, но почти не влияет на их отношение. Для этого лишь требуется сфокусироваться на такой области суммарных энергий адронов, которые примерно соответствуют массе хиггсовского бозона.

Таким образом, благодаря открытому недавно хиггсовскому бозону обширная программа по исследованию адронных процессов, по-видимому, продолжится и в режиме HL-LHC.