힉스 보슨(Higgs Boson): 차세대 새로운 물리학의 숨겨진 계곡으로 가는 우리의 여권

작성자: Institute of Nuclear Physics PAN2023년 5월 23일

폴란드 과학 아카데미 핵 물리학 연구소의 과학자들은 '숨겨진 계곡' 모델에 따라 힉스 보존이 이국적인 입자로 붕괴되어 '새로운 물리학'과 상호 작용할 수 있다고 제안합니다. 이러한 모델은 미래의 입자 가속기가 이러한 이국적인 붕괴를 관찰할 수 있으며 잠재적으로 현재의 표준 모델을 넘어서는 새로운 물리학을 이해할 수 있는 길을 열 수 있음을 시사합니다.

어쩌면 소립자 덩어리의 존재를 공동으로 책임지는 유명한 힉스 보손(Higgs boson)도 수십 년 동안 추구해 온 새로운 물리학의 세계와 상호작용하는 것일지도 모릅니다. 만약 이것이 사실이라면, 힉스 입자는 특이한 입자를 포함하여 특징적인 방식으로 붕괴해야 합니다. 크라쿠프에 있는 폴란드 과학 아카데미의 핵물리학 연구소에서는 그러한 붕괴가 실제로 발생한다면 현재 설계 중인 LHC의 후속 모델에서 이러한 붕괴가 관찰될 수 있음을 보여주었습니다.

'숨겨진 계곡'에 관해 이야기할 때 우리는 건전한 과학보다는 용에 대해 먼저 생각합니다. 그러나 고에너지 물리학에서는 현재 알려진 기본 입자 집합을 확장하는 특정 모델에 이 그림 같은 이름이 부여됩니다. 소위 히든 밸리 모델(Hidden Valley Model)에서 표준 모델이 설명하는 우리 세계의 입자는 저에너지 그룹에 속하고 이국적인 입자는 고에너지 영역에 숨겨져 있습니다. 이론적 고려에 따르면 유명한 힉스 보손(Higgs boson)의 특이한 붕괴가 암시되는데, 이는 수년간의 검색에도 불구하고 LHC 가속기에서는 관찰되지 않은 것입니다. 그러나 Cracow에 있는 폴란드 과학 아카데미(IFJ PAN)의 핵 물리학 연구소의 과학자들은 힉스 붕괴가 이국적인 입자로 변하는 것은 대형 강입자 충돌기의 후속인 가속기에서 이미 완벽하게 관찰 가능해야 한다고 주장합니다. 현실과 일치하도록.

"히든 밸리 모델에는 에너지 장벽으로 분리된 두 그룹의 입자가 있습니다. 이론에 따르면 특정 상황에서 이 장벽을 넘을 수 있는 이국적인 거대 입자가 있을 수 있습니다. 힉스 보존이나 가상의 Z' 보존과 같은 입자는 다음과 같이 작용합니다. 표준 모델의 가장 거대한 입자 중 하나인 힉스 보존(Higgs boson)은 그러한 전달자에 대한 매우 좋은 후보입니다."라고 논문의 수석 저자인 Marcin Kucharczyk(IFJ PAN) 교수는 설명합니다. 미래의 렙톤 가속기에서 힉스 보존 붕괴를 감지할 가능성에 관한 최신 분석 및 시뮬레이션을 제시하는 Journal of High Energy Physics.

커뮤니케이터는 저에너지 영역을 통과한 후 두 개의 다소 거대한 이국적인 입자로 붕괴됩니다. 이들 각각은 피코초, 즉 1조분의 1초 안에 더 작은 질량을 가진 또 다른 두 개의 입자로 붕괴되어 표준 모델 내에 있게 됩니다. 그렇다면 미래 가속기의 탐지기에서는 어떤 징후가 예상됩니까? 두 개의 Hidden Valley 입자와 마찬가지로 Higgs 자체도 눈에 띄지 않는 상태로 유지됩니다. 그러나 이국적인 입자는 점차적으로 갈라지고 결국 붕괴되어 일반적으로 입자 제트가 렙톤 빔의 축에서 이동함에 따라 현대 탐지기에서 볼 수 있는 쿼크-반쿼크 아름다운 쌍으로 나타납니다.

미래의 렙톤 충돌기에서 이국적인 힉스 보존에 대한 탐색이 붕괴됩니다. 1) 반대 빔의 전자와 양전자가 충돌합니다. 2) 충돌로 인해 고에너지 힉스 보존이 생성됩니다. 3) 보존은 광선의 축에서 멀어지는 두 개의 이국적인 입자로 붕괴됩니다. 4) 외래 입자는 쿼크-반쿼크 쌍으로 붕괴되어 검출기에 표시됩니다. 크레딧: IFJ PAN

"따라서 힉스 보존 붕괴에 대한 관찰은 쿼크-반쿼크 쌍에 의해 생성된 입자 제트를 찾는 것으로 구성됩니다. 그런 다음 이국적인 입자가 붕괴할 가능성이 있는 장소를 찾기 위해 그들의 흔적을 소급하여 재구성해야 합니다. 이러한 장소는 전문적으로 붕괴 정점은 쌍으로 나타나야 하며 가속기에서 충돌하는 광선의 축에 대해 특징적으로 이동해야 합니다. 이러한 이동의 크기는 무엇보다도 힉스 붕괴 중에 나타나는 외래 입자의 질량과 평균 수명에 따라 달라집니다." M.Sc. Mateusz Goncerz는 말합니다. (IFJ PAN), 문제의 논문의 공동 저자.