Το πείραμα ATLAS ψάχνει για ζεύγη σωματιδίων Higgs

Ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν γνώρισε μια μετατροπή φάσης προς μια κατάσταση ελάχιστης ενέργειας, όπου τα σωματίδια της ύλης αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs για να αποκτήσουν μάζα. Έκτοτε, ζούμε σ’ αυτήν την ενεργειακή κατάσταση.

Πολύ πριν την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) το 2012, οι φυσικοί είχαν μελετήσει θεωρητικά τις ιδιότητες του σωματιδίου που έψαχναν οι πειραματικοί. Μια από αυτές τις ιδιότητες προέβλεπαν ότι το πεδίο Higgs μπορεί να αλληλεπιδράσει με τον εαυτό του. Μια τέτοια ιδιο-αλληλεπίδραση που ονομάζεται και «αυτo-σύζευξη Higgs» , θα συνέβαλε στην παραγωγή ενός ζεύγους μποζονίων Higgs και θα καθόριζε το σχήμα του δυναμικού Higgs. H παρατήρηση αυτής της ιδιο-αλληλεπίδρασης, θα ήταν η απόλυτη επιβεβαίωση της θεωρίας γέννησης της μάζας, ενώ κάθε απόκλιση από το Καθιερωμένο Πρότυπο θα άνοιγε ένα παράθυρο για νέες θεωρίες φυσικής.

Σχήμα 1: Τα διαγράμματα Feynman για τους δυο βασικούς μηχανισμούς παραγωγής ζευγών Higgs και η καμπύλη που δείχνει την αντίστοιχη πιθανότητα παραγωγής. Το κόκκινο χρώμα αντιστοιχεί στην αυτοαλληλεπίδραση Higgs (Image: F. Cairo/ATLAS Collaboration)

Δυστυχώς όμως, η θεωρία προβλέπει πως ο αριθμός παραγωγής των ζευγών Higgs είναι πολύ σπάνιος όταν συγκρούονται πρωτόνια – περίπου χίλιες φορές μικρότερος από τον ρυθμό παραγωγής ενός μόνο μποζονίου Higgs. Και τα πράγματα γίνονται χειρότερα, διότι δεν προκύπτουν όλα τα ζεύγη Higgs μόνο εξαιτίας της «αυτo-σύζευξης Higgs». Η ερευνητική ομάδα ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) στο CERN που ψάχνει ζεύγη μποζονίων Higgs (HH) ανακοίνωσε ένα νέο αποτέλεσμα σχετικό με τις πιο συνηθισμένες διαδικασίες παραγωγής HH που θα έπρεπε να υπάρχουν στις συγκρούσεις πρωτονίων του επιταχυντή LHC, οι οποίες απεικονίζονται ως διαγράμματα Feynman στο Σχήμα 1. Μόνο το (κόκκινο) διάγραμμα περιλαμβάνει την αυτοζεύξη Higgs και συμβάλλει κυρίως στην παραγωγή ζευγών Higgs σε εύρος μικρότερων μαζών (κοκκινωπό χρώμα κάτω από την καμπύλη του σχήματος 1).

Το πιο ισχυρό κανάλι διάσπασης HH στη σημαντική περιοχή χαμηλής μάζας είναι εκείνο στο οποίο παράγονται δυο κουάρκ πυθμένες συν δύο φωτόνια, HH→bbɣɣ. Οι φυσικοί της ATLAS ανέπτυξαν νέες τεχνικές ανάλυσης για να αναζητήσουν αυτήν τη σπάνια διαδικασία. Αρχικά, χώρισαν τα γεγονότα σε περιοχές χαμηλής και υψηλής μάζας για να στοχεύσουν καλύτερα την αυτο-σύζευξη του Higgs. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν την μέθοδο ανάλυσης δεδομένων Boosted Decision Tree για να αποκλείσουν τα γεγονότα που μοιάζουν με την αυτοσύζευξη HH→bbɣɣ.

Σχήμα 2: Όρια στην ενεργό διατομή παραγωγής HH ως συνάρτηση του κλ. Η διακεκομμένη γραμμή δείχνει τα αναμενόμενα όρια και η συμπαγής γραμμή τα παρατηρούμενα όρια. Οι θεωρητικές προβλέψεις εμφανίζονται με κόκκινο χρώμα και το σημείο του Καθιερωμένου Προτύπου υποδεικνύεται από το άστρο. Το επιτρεπόμενο εύρος για το κλ ορίζεται από την τομή μεταξύ των παρατηρούμενων ορίων και της θεωρητικής καμπύλης. (Image: ATLAS Collaboration/CERN)

Οι φυσικοί έχουν εισάγει τον παράγοντα κλ, που μας δείχνει αν η αυτο-σύζευξη Higgs διαφέρει από την πρόβλεψη του Καθιερωμένου ΠροτύπουΟι παλαιότερες αναζητήσεις ζευγών HH του ATLAS περιόριζε την τιμή κλ μεταξύ -5,0 και +12,1. Χρησιμοποιώντας τις νέες τεχνικές, το τελευταίο αποτέλεσμα του ATLAS είναι υπερδιπλάσιό σε σχέση με το προηγούμενο αποτέλεσμα στο ίδιο κανάλι! Το Σχήμα 2 δείχνει όρια στην πιθανότητα παραγωγής ζευγών HH (ενεργός διατομή σ) ως συνάρτηση του κλ. Το επιτρεπόμενο εύρος για την αυτοσύζευξη Higgs φαίνεται από την τομή του παρατηρούμενου εύρους των τιμών κλ με την θεωρητική πρόβλεψη, μεταξύ -1,5 και 6,7 φορές της πρόβλεψης του Πρότυπου Μοντέλου. Οι φυσικοί μπόρεσαν να θέσουν ένα όριο στην ενεργό διατομή παραγωγής ζευγών HH 4,1 φορές μεγαλύτερη από την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου. Ορίζονται επίσης όρια στην παραγωγή ΗΗ μέσω της διάσπασης ενός υποθετικού νέου βαθμωτού σωματιδίου. Αν και αυτό το αποτέλεσμα θέτει τα καλύτερα όρια για το μέγεθος της αυτο-σύζευξης Higgs, η εργασία δεν έχει ολοκληρωθεί. Απαιτούνται πολύ περισσότερα δεδομένα για τον ακριβή προσδιορισμό της για να δούμε αν υπάρχει οριστική συμφωνία με την πρόβλεψη της καθιερωμένης θεωρίας. Κι αυτό θα γίνει, δεδομένης της σχεδιαζόμενης αναβάθμισης του LHC, από την οποία θα προκύψει ένα σύνολο δεδομένων 20 φορές μεγαλύτερο από αυτό που χρησιμοποιήθηκε μέχρι σήμερα. Και αν η παραγωγή ζευγών HH συμπεριφέρεται όπως προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο, θα διαπιστωθεί μέσα από αυτό το τεράστιο σύνολο δεδομένων.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στον ιστότοπο του ATLAS: https://atlas.cern/updates/briefing/twice-higgs-twice-challenge



Κατηγορίες:HIGGS, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ, LHC

Ετικέτες:

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: