… στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN

Οι πειραματικές ομάδες ATLAS και CMS στο CERN, ένωσαν τις δυνάμεις τους για να ανιχνεύσουν τα πρώτα στοιχεία μιας σπάνιας διάσπασης του μποζονίου Higgs προς ένα μποζόνιο Ζ και ένα φωτόνιο

Η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) το 2012 ήταν ένα σημαντικό ορόσημο για την σωματιδιακή φυσική. Έκτοτε τα πειράματα ATLAS και CMS ερευνούν συστηματικά τις ιδιότητες αυτού του μοναδικού σωματιδίου και αναζητούν τους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους παράγεται και διασπάται προς άλλα σωματίδια.

Στο συνέδριο Large Hadron Collider Physics (LHCP) αυτή την εβδομάδα, οι ερευνητές των ομάδων ATLAS και CMS ανέφεραν την συνεργασία τους σχετικά με την ανίχνευση της σπάνιας διάσπασης του μποζονίου Higgs προς ένα μποζόνιο Ζ, τον ηλεκτρικά ουδέτερο φορέα της ασθενούς πυρηνικής δύναμης και ένα φωτόνιο, που είναι επίσης μποζόνιο-φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Η εν λόγω διάσπαση του μποζονίου Higgs θα μπορούσε να μας δώσει έμμεσες αποδείξεις για την ύπαρξη σωματιδίων πέρα από αυτά που προβλέπονται από την καθιερωμένη φυσική των σωματιδίων (Καθιερωμένο Πρότυπο).

Η διάσπαση του μποζονίου Higgs προς ένα μποζόνιο Ζ και ένα φωτόνιο είναι παρόμοια την διάσπασή του προς δύο φωτόνια. Σε αυτές τις διαδικασίες, το μποζόνιο Higgs δεν διασπάται απευθείας σε αυτά τα ζεύγη σωματιδίων. Οι διασπάσεις πραγματοποιούνται διαμέσου ενός ενδιάμεσου «βρόχου» από «εικονικά» σωματίδια που εμφανίζονται και εξαφανίζονται στιγμιαία και δεν μπορούν να ανιχνευθούν άμεσα. Αυτά τα εικονικά σωματίδια θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν νέα άγνωστα σωματίδια που αλληλεπιδρούν με το μποζόνιο Higgs.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο προβλέπει ότι αν το μποζόνιο Higgs έχει μάζα περίπου 125 GeV (δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ), περίπου το 0,15% των μποζονίων Higgs θα διασπαστούν προς μποζόνιο Ζ και φωτόνιο. Αλλά ορισμένες θεωρίες που «προεκτείνουν» το Καθιερωμένο Πρότυπο προβλέπουν διαφορετικό ρυθμό διάσπασης. Επομένως, η μέτρηση του ρυθμού διάσπασης παρέχει πολύτιμες γνώσεις τόσο για τη φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο όσο και για τη φύση του μποζονίου Higgs.

Παλαιότερα χρησιμοποιώντας δεδομένα από συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων στον LHC, τα πειράματα ATLAS και το CMS διεξήγαγαν ανεξάρτητα εκτεταμένες έρευνες για την διάσπαση του μποζονίου Higgs σε ένα μποζόνιο Ζ και ένα φωτόνιο. Και τα δύο πειράματα χρησιμοποίησαν παρόμοιες στρατηγικές, εντοπίζοντας το μποζόνιο Ζ μέσω των διασπάσεων του σε ζεύγη ηλεκτρονίων ή μιονίων. Αυτές οι διασπάσεις του μποζονίου Ζ συμβαίνουν στο 6,6% περίπου των περιπτώσεων.

Στη νέα μελέτη, ATLAS και CMS ένωσαν τις δυνάμεις τους για να μεγιστοποιήσουν το αποτέλεσμα της αναζήτησής τους. Συνδυάζοντας τα πειραματικά δεδομένα που συλλέχθηκαν και από τα δύο πειράματα στο χρονικό διάστημα από το 2015 έως το 2018, αύξησαν σημαντικά τη στατιστική ακρίβεια και την εμβέλεια των αναζητήσεών τους.

Αυτή η συλλογική προσπάθεια έδωσε τα πρώτα δεδομένα της διάσπασης του μποζονίου Higgs προς ένα μποζόνιο Ζ και ένα φωτόνιο. Η παρατήρηση έχει στατιστική ακρίβεια 3,4 σίγμα, κάτω από το όριο των 5 σίγμα που παραδοσιακά απαιτείται για να γίνει αποδεκτή μια πειραματική ανακάλυψη. Ακρίβεια 5 σίγμα σημαίνει ότι υπάρχει ελάχιστη πιθανότητα, 1 στα 3,5 εκατομμύρια, η ανακάλυψη να είναι μια στατιστική διακύμανση των μετρήσεων. Ο μετρούμενος ρυθμός σήματος είναι μεγαλύτερος από την πρόβλεψη του τυπικού μοντέλου, με στατιστική ακρίβεια 1,9 σίγμα.

Σύμφωνα με την ερευνήτρια του ATLAS, Pamela Ferrari: «Κάθε σωματίδιο έχει μια ειδική σχέση με το μποζόνιο Higgs, καθιστώντας την αναζήτηση για σπάνιες διασπάσεις Higgs υψηλή προτεραιότητα. Μέσα από έναν σχολαστικό συνδυασμό των επιμέρους αποτελεσμάτων του ATLAS και του CMS, κάναμε ένα βήμα προς τα εμπρός για την αποκάλυψη ενός ακόμη γρίφου του μποζονίου Higgs».

Από την πλευρά του πειράματος CMS, η ερευνήτρια Florencia Canelli δήλωσε: «Η ύπαρξη νέων σωματιδίων θα μπορούσε να έχει πολύ σημαντικές επιπτώσεις στους σπάνιους τρόπους διάσπασης του Higgs. Αυτή η μελέτη είναι ένας ισχυρός έλεγχος του Καθιερωμένου Προτύπου. Μελετώντας τα νέα δεομένα του LHC, θα είμαστε σε θέση να βελτιώσουμε την ακρίβεια αυτού του ελέγχου και να ανιχνεύσουμε όλο και πιο σπάνιες διασπάσεις του Higgs».

διαβάστε περισσότερα:
1. LHC experiments see first evidence of a rare Higgs boson decay
2. LHC EXPERIMENTS SEE FIRST EVIDENCE FOR RARE HIGGS BOSON DECAY INTO TWO DIFFERENT BOSONS
3. LHC experiments see first evidence for rare Higgs boson decay into two different bosons

Κατηγορίες:HIGGS, ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ, LHC

Ετικέτες: ATLAS, CMS, PHYSICS