Διασπάται το σωματίδιο Higgs σε σκοτεινά φωτόνια;

Posted on 24/05/2019

2


Οι φυσικοί του ανιχνευτή CMS (Compact Muon Solenoid) στον επιταχυντή LHC αναζήτησαν γεγονότα κατά τα οποία το μποζόνιο Higgs μετατρέπεται σε ένα φωτόνιο και ένα υποθετικό σωματίδιο της σκοτεινής ύλης, το σκοτεινό φωτόνιο.

«Ξέρουν ότι υπάρχει αλλά δεν ξέρουν τι είναι». Η πρόταση αυτή συνοψίζει την τωρινή γνώση των φυσικών για την σκοτεινή ύλη. Οι αστρονομικές παρατηρήσεις δείχνουν ότι η περιεκτικότητα του σύμπαντος σ’ αυτή την αόρατη μορφή ύλης είναι περίπου πέντε με έξι φορές μεγαλύτερη από την συνηθισμένη ορατή ύλη.

Σύμφωνα με μια θεωρία η σκοτεινή ύλη συνίσταται από σωματίδια τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω ενός σωματιδίου που ονομάζεται σκοτεινό φωτόνιο, σε αναλογία με το γνωστό φωτόνιο που είναι ο φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης μεταξύ των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Ένα σκοτεινό φωτόνιο θα αλληλεπιδρά ασθενώς και με τα γνωστά σωματίδια που περιγράφονται από το Καθιερωμένο Πρότυπο της Σωματιδιακής Φυσικής, συμπεριλαμβανομένου και του μποζονίου Higgs.

Η συνεργασία των φυσικών του CMS ανακοίνωσε τα αποτελέσματα της πρόσφατης έρευνας για σκοτεινά φωτόνια. Πιο συγκεκριμένα, ερεύνησαν τις περιπτώσεις που το μποζόνιο Higgs παράγεται μαζί με ένα μποζόνιο Ζ (ZH production) και το μεν Higgs μετασχηματίζεται σε ένα συνηθισμένο φωτόνιο και ένα σκοτεινό φωτόνιο, ενώ το μποζόνιο Ζ διασπάται σε ηλεκτρόνια ή στα βαρύτερα ξαδέρφια τους, τα μιόνια.

Τέτοιες περιπτώσεις αναμένεται να είναι εξαιρετικά σπάνιες και ο εντοπισμός τους είναι πολύ δύσκολος δεδομένου ότι οι ανιχνευτές σωματιδίων δεν μπορούν να «δουν» σκοτεινά φωτόνια. Για τον σκοπό αυτό, οι ερευνητές προσθέτουν τις ορμές των ανιχνευόμενων σωματιδίων, στην κάθετη διεύθυνση ως προς την διεύθυνση των συγκρουόμενων δεσμών των πρωτονίων, αναζητώντας την τυχόν ελλείπουσα ορμή που απαιτείται ώστε η συνολική εγκάρσια ορμή να γίνει μηδενική. Μια τέτοια ελλείπουσα εγκάρσια ορμή εκφράζει ένα σωματίδιο που δεν ανιχνεύθηκε.

Αλλά υπάρχει ένα ακόμα βήμα που πρέπει να γίνει: η διάκριση μεταξύ ενός πιθανού σκοτεινού φωτονίου και των γνωστών σωματιδίων. Αυτό συνεπάγεται την εκτίμηση της μάζας του σωματιδίου που διασπάται στο ανιχνευθέν φωτόνιο και το μη ανιχνεύσιμο σωματίδιο. Εάν η ελλείπουσα εγκάρσια ορμή φέρεται από ένα σκοτεινό φωτόνιο που παράγεται από την διάσπαση του μποζονίου Higgs, η μάζα του θα πρέπει να βρίσκεται συχνά πολύ κοντά στη μάζα μποζονίου Higgs, δηλαδή στα 125 GeV.

Οι φυσικοί του CMS ακολουθώντας αυτή την προσέγγιση δεν βρήκαν κανένα σήμα σκοτεινών φωτονίων. Όμως έθεσαν ανώτερα όρια στην πιθανότητα παραγωγής σκοτεινών φωτονίων.

Ακόμη ένα μηδενικό αποτέλεσμα; Ναι, αλλά τέτοια αποτελέσματα, παρότι δεν βρίσκουν νέα σωματίδια ή αποκλείουν την ύπαρξή τους, είναι πολύ απαραίτητα γιατί καθοδηγούν τις επόμενες έρευνες, πειραματικές και θεωρητικές.

Για περισσότερες λεπτομέρειες διαβάστε επίσης στον ιστότοπο του CMS.

πηγή: https://home.cern/news/news/physics/cms-hunts-dark-photons-coming-higgs-boson