Бозон Хиггса похож на камертон, который звучит на строго определённой ноте. Но физики научились слышать его и тогда, когда нота сбита — в области, которую называют «вне резонанса». Именно там, в данных с детектора CMS, прятались ответы на вопросы о том, из чего на самом деле сделан хиггсовский механизм.
В столкновениях протонов на рекордной энергии 13 ТэВ рождались пары Z-бозонов, а через них — хиггсовские частицы с массой, далёкой от привычных 125 ГэВ. Такой «расстроенный» сигнал позволил впервые напрямую проверить гипотезу: не является ли бозон Хиггса составным, как атом или протон? Оказалось, что если у него и есть внутренняя структура, то она запрятана глубже 870 ГэВ. Это как если бы камертон не показывал никаких составных частей даже при ударе молотком с силой в семь раз больше обычного.
Второй сюрприз пришёл со стороны лёгких кварков. Раньше их вклад в рождение Хиггса почти не удавалось уловить — он тонет в «шуме» более массивных частиц. Но комбинируя данные из областей с резонансом и без него, физики смогли выделить этот слабый шёпот и наложить на него самые жёсткие на сегодня ограничения. А заодно измерили время жизни бозона: 5,1 МэВ в энергетических единицах — примерно 10⁻²² секунды. Это сравнимо со временем, за которое свет проходит расстояние в сотню раз меньше атомного ядра.
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.23352
Measurements of Higgs boson production in the off-shell region are presented, using the four-lepton decay channel. Data from proton-proton collisions at the CERN LHC, collected by the CMS experiment and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$$^{-1}$$ at a center-of-mass energy of 13 TeV, are utilized. The first direct test of composite Higgs boson models is performed, with a lower limit on the compositeness scale $$\Lambda_\mathrm{H}$$ set at 870 GeV at the 95% confidence level. Tests of gluon-fusion production within the standard model effective field theory framework are performed. The first constraint on the Higgs boson self-coupling in the off-shell region is obtained. By combining on- and off-shell measurements, the analysis sets the tightest constraints to date on light-quark Yukawa couplings, while relaxing assumptions such as the bound on the Higgs boson coupling to vector bosons, thereby providing more model-independent results. Constraints on the Higgs boson width are provided while accounting for a range of beyond-the-standard-model effects, including both light and heavy particles in the gluon-fusion production loop, as well as modified couplings to vector bosons. A combined analysis of the H$$\to$$ZZ and PH$$\to$$WW channels is performed to improve sensitivity to the Higgs boson width, yielding $$\Gamma_\mathrm{H}$$ = 5.1$$^{+2.0}_{-1.8}$$ MeV. The scenario of no off-shell Higgs boson production is excluded at a confidence level exceeding 5 standard deviations.
Ширина бозона Хиггса, которую измерили в этом анализе, — около 5 МэВ. Если перевести в привычные единицы, это соответствует времени жизни примерно 10⁻²² секунды. За такое время свет успевает пролететь расстояние в сто раз меньше диаметра протона.
В романе «Задача трёх тел» Лю Цысиня сверхцивилизация манипулирует физическими константами — подобные поиски составной природы хиггсовского поля могли бы стать первым шагом к обнаружению такого вмешательства.