Το πείραμα ΑΤLAS ψάχνει για ένα νέο κουάρκ

Posted on 10/08/2018

0


… που θα έλυνε προβλήματα της θεωρίας των στοιχειωδών σωματιδίων

Μπορεί η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) το 2012 να επιβεβαίωσε πολλές προβλέψεις της θεωρίας των στοιχειωδών σωματιδίων – η οποία ονομάζεται Καθιερωμένο Προτύπο  – ταυτόχρονα όμως έθεσε και επιπλέον ερωτήματα που απαιτούν άμεσες απαντήσεις.

Για παράδειγμα, οι αλληλεπιδράσεις στο κβαντικό επίπεδο μεταξύ του μποζoνίου Higgs και του κορυφαίου (top) κουάρκ θα έπρεπε να οδηγούν σε μια τεράστια μάζα για το μποζόνιο Higgs, πιθανώς τόσο μεγάλη όσο η μάζα Planck (> 1018 GeV). Τότε γιατί η μάζα του Higgs είναι μόνο 125 GeV; Υπάρχει κάποιος μηχανισμός που ακυρώνει αυτές τις μεγάλες κβαντικές διορθώσεις που προκαλούνται από το κορυφαίο κουάρκ (t) ;

Η ερμηνεία της «ελαφρότητας» του μποζονίου Higgs αποτελεί ένα από τα κορυφαία προβλήματα στη φυσική των σωματιδίων.

Έχουν προταθεί πολλές λύσεις και ένα κοινό χαρακτηριστικό πολλών από αυτές είναι η ύπαρξη ενός είδους διανυσματικού φερμιονίου – συγκεκριμένα, ένα διανυσματικό κορυφαίο κουάρκ (Τ). Όπως και τα άλλα κουάρκ, τα διανυσματικού τύπου κουάρκ θα έχουν σπιν ½ και θα αλληλεπιδρούν μέσω της ισχυρής δύναμης, αλλά και διαμέσου της ασθενούς δύναμης. Ενώ όλα τα σωματίδια με σπιν ½ έχουν αριστερό- και δεξιόστροφες συνιστώσες, η ασθενής δύναμη αλληλεπιδρά μόνο με τις δεξιόστροφες συνιστώσες των σωματιδίων του Καθιερωμένου Προτύπου. Ωστόσο, τα διανυσματικού τύπου κουάρκ έχουν αμφιδέξιες αλληλεπιδράσεις με την ασθενή δύναμη, διευρύνοντας έτσι τους τρόπους διάσπασής των.

Ενώ το κορυφαίο κουάρκ σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο διασπάται πάντοτε σε ένα κουάρκ πυθμένα (bottom) εκπέμποντας ένα μποζόνιο W (t → Wb), ένα διανυσματικό κορυφαίο κουάρκ μπορεί να διασπαστεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους: T → Wb, T → Zt ή T → Ht.

Οι ερευνητές του πειράματος ATLAS χρησιμοποιούν ένα κατάλληλο πρόγραμμα που αναζητά διανυσματικά ζεύγη κορυφαίων κουάρκ στα δεδομένα του LHC. Χρησιμοποιούν δεδομένα από διαφορετικές ειδικές αναλύσεις, κάθε μία από τις οποίες είναι ευαίσθητη σε πειραματικές υπογραφές διαφόρων σωματιδίων. Αυτό επιτρέπει την αναζήτηση όλων των πιθανών διασπάσεων, αυξάνοντας την πιθανότητα της ανακάλυψης του διανυσματικού κορυφαίου κουάρκ.

Το πείραμα ATLAS έχει προχωρήσει ακόμα ένα βήμα παραπάνω, πραγματοποιώντας έναν συνδυασμό όλων των μεμονωμένων αναζητήσεων. Ενώ οι μεμονωμένες αναλύσεις έχουν σχεδιαστεί για να μελετήσουν συγκεκριμένα σύνολα διασπάσεων, τα συνδυασμένα αποτελέσματα παρέχουν ευαισθησία σε όλες τις πιθανές διασπάσεις. Έτσι το ATLAS αναζητά διανυσματικά κορυφαία κουάρκ με μάζες πάνω από 1200 GeV. Μπορεί η αναζήτηση να είναι άκαρπη προς το παρόν, όμως το πείραμα ATLAS μπορεί τουλάχιστον να θέσει χαμηλότερα όρια στη μάζα του διανυσματικού τύπου κουάρκ.

Τα χαμηλότερα όρια στην μάζα ενός διανυσματικού τύπου κουάρκ ως συνάρτηση του λόγου διακλάδωσης προς τις διασπάσεις Wb και Ht

Μεταξύ αυτών των ορίων και εκείνων που θέτουν άλλες θεωρίες που θα μπορούσαν να δώσουν μια λύση (όπως η υπερσυμμετρία), η υπόθεση για ένα «φυσικά» ελαφρύ μποζόνιο Higgs δεν φαίνεται καλή … αλλά η Φύση ίσως φυλάει μερικά ακόμα μυστικά κρυμμένα στο μανίκι της. Και η στιγμή της αποκάλυψης ίσως να μην είναι πολύ μακριά.

πηγή: http://atlas.cern/updates/physics-briefing/could-new-type-quark-fix-unnaturalness-standard-model

Ετικέτα: , ,