ヒッグス粒子は何に変化するのか？大型ハドロン衝突型加速器が理論を検証
アラン・ボイル著
ヨーロッパの大型ハドロン衝突型加速器の物理学者がヒッグス粒子の発見を発表してから6年が経ったが、彼らは今、謎に包まれた素粒子のほとんどが崩壊するとどうなるのかを確認したばかりだ。
彼らは今日、それらがボトムクォークに変換されると発表した。
これは特に驚くべきことではありません。素粒子物理学の主流理論である標準模型は、ヒッグス粒子が辿る最も一般的な過程を示唆しています。ヒッグス粒子は粒子加速器内では一瞬しか存在せず、その後崩壊します。高エネルギーで生成されるヒッグス粒子の約60%は、6種類のクォークの「フレーバー」の中で質量スケールで2番目に大きいボトムクォークのペアに変化すると考えられています。
研究者たちが証拠を5シグマの標準的な有意性にまで確定させるのに数年かかった。この基準は2012年のヒッグス粒子の発見に適用されたものと同じである。
時間がかかった理由の一つは、粒子相互作用によってボトム・ボトム・クォーク対が生成される方法が他にも多数あるためです。LHCの2つの主要検出器、CMS（コンパクト・ミューオン・ソレノイド）とATLAS（大型イオン衝突型加速器実験）を使用する研究者たちは、2回の衝突実験から得られた数十億点のデータポイントを精査し、十分な信頼性を高める必要がありました。
直径17マイル（約27キロメートル）の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の物理学者たちは、ヒッグス粒子がボトムクォークだけでなく、既知の最も重い素粒子であるトップクォーク、そしてタウレプトンと呼ばれる別の素粒子とも結合できることを確認しました。そして、これはほんの始まりに過ぎません。
「ヒッグス粒子は私たちの宇宙の不可欠な構成要素であり、すべての基本粒子に質量を与えると理論上考えられています」と、米国エネルギー省フェルミ国立加速器研究所の研究者で、LHCのコンパクト・ミューオン・ソレノイド・コラボレーションの副広報担当者を務めるパティ・マクブライド氏は、ニュースリリースで述べた。「しかし、この場が私たちが知っているすべての粒子とどのように相互作用するのか、あるいは相互作用するかどうかさえも、まだ正確には確認されていません。あるいは、まだ検出されていない暗黒物質粒子と相互作用するのかどうかも確認されていません。」
ヒッグス粒子が他の粒子に遷移する過程を詳細に分析することで、このような相互作用の謎を解き明かすことができるかもしれません。例えば、研究者たちは、ヒッグス粒子がミューオンと呼ばれる質量の小さい粒子のペアに崩壊すると予測されている証拠を探します。また、標準模型を超える物理学への道筋を示す可能性のある、理論予測からの逸脱も探るでしょう。
「ヒッグス粒子が崩壊する可能性のある予測される方法をすべて測定し、その合計が100％にならない場合、暗黒物質など、ヒッグス粒子と結合する何か他のものがあることを意味する可能性があります」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の物理学者でサンタクルーズ素粒子物理学研究所の副所長であるジェイソン・ニールセン氏はニュースリリースで説明した。
CERNの研究・計算部門責任者であるエックハルト・エルセン氏は、最新の研究結果は分析手法が粒子物理学の全容を調査できるほど精度が上がっていることを示しており、「これまで非常に微妙に隠れていた新しい物理学も含まれることを期待している」と述べた。
「実験は、しばしば新しい物理学への入り口とみなされるヒッグス粒子に焦点を絞り続けています」とエルセン氏はニュースリリースで述べた。「これらの素晴らしい初期の成果は、統計値を大幅に向上させるためにLHCをアップグレードするという我々の計画を裏付けるものでもあります。」
