Οι συνεργασίες ATLAS και CMS στο LHC έχουν μελετήσει το μποζόνιο Higgs με το μεγαλύτερο δείγμα δεδομένων σύγκρουσης πρωτονίων-πρωτονίων που έχουν καταγραφεί μέχρι τώρα και έχουν κάνει μετρήσεις ακριβείας αυτού του σωματιδίου για να αναζητήσουν σημάδια νέας φυσικής
Γενεύη και Γάνδη. Στο συνέδριο της Ευρωπαϊκής Φυσικής Εταιρείας για τη Φυσική Υψηλής Ενέργειας ( EPS-HEP )που πραγματοποιήθηκε στη Γάνδη του Βελγίου, οι συνεργασίες ATLAS και CMS παρουσίασαν μια σειρά νέων αποτελεσμάτων. Αυτές περιλαμβάνουν αρκετές αναλύσεις που χρησιμοποιούν ολόκληρο το σύνολο δεδομένων από το δεύτερο κύκλο του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων του CERN ( LHC ) , που καταγράφηκε σε ενέργεια σύγκρουσης 13 TeV μεταξύ 2015 και 2018. Ανάμεσα στα κυριότερα σημεία είναι οι τελευταίες μετρήσεις ακριβείας που αφορούν το μποζόνιο Higgs. Σε μόλις επτά χρόνια από την ανακάλυψή του, οι επιστήμονες έχουν μελετήσει προσεκτικά πολλές από τις ιδιότητες αυτού του μοναδικού σωματιδίου, το οποίο γίνεται όλο και περισσότερο ένα ισχυρό εργαλείο στην αναζήτηση της νέας φυσικής.
Τα αποτελέσματα περιλαμβάνουν νέες αναζητήσεις για μετασχηματισμούς (ή “διασπάσεις”) του μποζονίου Higgs σε ζεύγη μιονίων και σε ζευγάρια κουάρκ γοητείας. Τόσο το ATLAS όσο και το CMS μετέτρεψαν επίσης τις ανεξερεύνητες ιδιότητες των αποσυντονιών του μποζονίου Higgs που περιλαμβάνουν ηλεκτρικά βόζονες ( W , Z και φωτόνιο) και τις συνέκριναν με τις προβλέψεις του Standard Model ( SM ) της σωματιδιακής φυσικής . Το ATLAS και το CMS θα συνεχίσουν αυτές τις μελέτες κατά τη διάρκεια του Run 3 του LHC (2021 έως 2023) και στην εποχή του High Luminosity LHC (από το 2026 και μετά).
Το μποζόνιο Higgs είναι η κβαντική εκδήλωση του πεδίου διακυβέρνησης Higgs, το οποίο δίνει μάζα στα στοιχειώδη σωματίδια με τα οποία αλληλεπιδρά με τον μηχανισμό Brout-Englert-Higgs. Οι επιστήμονες αναζητούν τέτοιες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του μποζονίου Higgs και των στοιχειωδών σωματιδίων είτε μελετώντας συγκεκριμένες αποσυνθέσεις του μποζόνιο Higgs είτε αναζητώντας περιπτώσεις όπου το μποζόνιο Higgs παράγεται μαζί με άλλα σωματίδια. Το μποζόν του Higgs πέφτει σχεδόν αμέσως μετά την παραγωγή του στο LHC και με την εξέταση των προϊόντων αποσύνθεσης που οι επιστήμονες μπορούν να διερευνήσουν τη συμπεριφορά του.
Στην Εκτέλεση 1 του LHC (2010 – 2012) παρατηρήθηκαν αποσυνθέσεις του μποζόνιο Higgs με τη συμμετοχή ζευγών ηλεκτροαμφιβλησσοειδών βοσόνων. Τώρα, το πλήρες σύνολο δεδομένων Run 2 – περίπου 140 αντίστροφα femtobarns το καθένα, το ισοδύναμο των πάνω από 10.000 τρισεκατομμυρίων συγκρούσεων – παρέχει ένα πολύ μεγαλύτερο δείγμα μποζόνια Higgs για μελέτη, επιτρέποντας τις μετρήσεις των ιδιοτήτων του σωματιδίου να γίνονται με πρωτοφανή ακρίβεια. ATLAS και CMSέχουν μετρήσει τις αποκαλούμενες «διαφορικές διατομές» των διαδικασιών βοσνιακής αποσύνθεσης, οι οποίες εξετάζουν όχι μόνο τον ρυθμό παραγωγής των bosons Higgs, αλλά και τη διανομή και τον προσανατολισμό των προϊόντων αποσύνθεσης σε σχέση με τις συσσωρευμένες δέσμες πρωτονίων. Αυτές οι μετρήσεις παρέχουν πληροφορίες για τον υποκείμενο μηχανισμό που παράγει τα μποζόνια Higgs. Και οι δύο συνεργασίες διαπίστωσαν ότι οι παρατηρούμενοι ρυθμοί και διανομές είναι συμβατοί με αυτούς που προβλέπονται από το Πρότυπο Μοντέλο, με τον τρέχοντα ρυθμό στατιστικής αβεβαιότητας.
Δεδομένου ότι η δύναμη της αλληλεπίδρασης του μποζόνιο Higgs είναι ανάλογη με τη μάζα των στοιχειωδών σωματιδίων, αλληλεπιδρά πολύ πιο δυνατά με την βαρύτερη γενιά φερμιόνων, την τρίτη. Προηγουμένως, η ATLASκαι το CMS παρατηρούσαν καθεμία από αυτές τις αλληλεπιδράσεις. Ωστόσο, οι αλληλεπιδράσεις με τα ελαφρύτερα φερμιόνια δεύτερης γενιάς – μιόνια, κουάρκ γοητείας και παράξενα κουάρκ – είναι πολύ πιο σπάνια. Στο EPS-HEP , και οι δύο συνεργασίες ανέφεραν τις αναζητήσεις τους για τις αόριστες αλληλεπιδράσεις δεύτερης γενιάς.
Η ATLAS παρουσίασε το πρώτο αποτέλεσμα από τις αναζητήσεις για μποζόνια Higgs που αποσυντίθενται σε ζεύγη μιόνων (H → μμ) με το πλήρες σύνολο δεδομένων Run 2. Η έρευνα αυτή περιπλέκεται από το μεγάλο υπόβαθρο των πιο τυπικών διαδικασιών SM που παράγουν ζεύγη μιόνων. “Αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι είμαστε τώρα κοντά στην ευαισθησία που απαιτείται για να δοκιμάσουμε τις προβλέψεις του Τυπικού Μοντέλου για αυτήν την πολύ σπάνια αποσύνθεση του μποζόνιο Higgs”, λέει ο εκπρόσωπος του ATLAS Karl Jakobs . “Ωστόσο, μια οριστική δήλωση σχετικά με τη δεύτερη γενιά θα απαιτήσει τα μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων που θα παρασχεθούν από το LHC στο Run 3 και από τον High-Luminosity LHC .”
Το CMS παρουσίασε το πρώτο αποτέλεσμά τους σε αναζητήσεις για αποσύνθεση των μποζόνων Higgs σε ζευγάρια κουάρκ γοητείας (H → cc). Όταν ένα μποζόνιο Higgs διασπάται σε κουάρκ, αυτά τα στοιχειώδη σωματίδια παράγουν αμέσως πίδακες σωματιδίων. “Η ταυτοποίηση των αεριωθούμενων αεροπλάνων που σχηματίζονται από τα κουάρκ γοητείας και η απομόνωσή τους από άλλα είδη αεριωθούμενων αεροπλάνων είναι μια τεράστια πρόκληση”, λέει ο Roberto Carlin, εκπρόσωπος του CMS . “Είμαστε πολύ χαρούμενοι που δείξαμε ότι μπορούμε να αντιμετωπίσουμε αυτό το δύσκολο κανάλι αποσύνθεσης. Έχουμε αναπτύξει νέες τεχνικές εκμάθησης μηχανών για να βοηθήσουμε στο έργο αυτό. “
Το μποζόνιο Higgs ενεργεί επίσης ως μεσολαβητής των διαδικασιών της φυσικής, στις οποίες τα bosons ηλεκτροαμφιβόλων διασκορπίζονται ή αναπηδούν μεταξύ τους. Οι μελέτες αυτών των διαδικασιών με πολύ υψηλές στατιστικές χρησιμεύουν ως ισχυρές δοκιμές του Τυποποιημένου Μοντέλου. Η ATLAS παρουσίασε την πρώτη μέτρηση της διασποράς δύο bosons Z. Παρατηρώντας αυτή τη σκέδαση συμπληρώνει την εικόνα για τα μποζόνια W και Z καθώς η ATLAS έχει παρατηρήσει προηγουμένως τη διαδικασία σκέδασης WZ και τις δύο συνεργασίες στη διαδικασία WW. Το CMS παρουσίασε την πρώτη παρατήρηση της διασποράς ηλεκτροακουστικών-βοσόνων που οδηγεί στην παραγωγή ενός μποζονίου Ζ και ενός φωτονίου.
“Τα πειράματα κάνουν μεγάλα βήματα στο μνημειώδες καθήκον της κατανόησης του μποζονίου Higgs”, λέει ο Eckhard Elsen, Διευθυντής Έρευνας και Πληροφορικής του CERN . “Μετά την παρατήρηση της σύζευσής του με τα φερμιόνια τρίτης γενιάς, τα πειράματα έχουν δείξει τώρα ότι διαθέτουν τα εργαλεία που έχουν στη διάθεσή τους για να αντιμετωπίσουν την ακόμα πιο δύσκολη δεύτερη γενιά. Το πρόγραμμα φυσικής ακριβείας του LHC βρίσκεται σε πλήρη εξέλιξη. “
πηγή: home.cern