Higso bozonas atrodo standartinis 2016 m. Duomenimis. • Igoris Ivanovas. • Mokslo naujienos apie "Elementus". • Higso bozonas, naujos fizikos paieška, fizikinis elementarinių dalelių paieška.

Higso bosonas atrodo standartas 2016 m. Duomenimis

Pav. 1. "Senas pažintis" 2016 m. Duomenimis: dviejų fotonų įvykių pasiskirstymas pagal invariantinę masę, atimant foną, rodo sklandų Higso maksimumą, kurio masė yra 125 GeV. Diagrama iš cms-results.web.cern.ch

Kovo mėn. Vykusioje "Moriond" konferencijoje, kurioje surengta 2017 m. Konferencija, pirmą kartą buvo pristatyti "Big Hadron Collider" rezultatai, gauti pagal visus 2016 m. Statistinius duomenis. Higso bosonas tradiciškai įtrauktas į temų sąrašą, į kurį buvo atkreiptas ypatingas dėmesys. Prieš penkerius metus atplėšus Haido bosonui, jis pasirodė kaip galutinis tyrimo įrankis: su jo pagalba dabar fizikai bando rasti užuominų apie ilgai lauktą fiziką už standartinio modelio ribų. Tačiau standartinis modelis vėl išbandė šį kartą su 2016 m. Higso duomenimis.

Priešistorė

2012 m. Higso bozonas buvo aptiktas Didžiojo Hadrono kolektoriuje. Visa paieškos trukmė, kuri truko beveik pusę šimtmečio, buvo pakeista nauja era – nuodugnus Higso bosono tyrimas. Šis bozonas yra visiškai kitokio pobūdžio dalelė, nei viskas, su kuria mes kada nors susidūrėme mikrografijoje, todėl ją reikia ištirti eksperimentuodami išilgai ir visur.Daugelis teoretikai rimtai tiki, kad mūsų pasaulio Higso sektorius nėra toks paprastas kaip standartiniame modelyje, bet daug turtingesnis. Be to, už šio bozono gali paslėpti visus nežinomų elementariųjų dalelių pasaulius, į kuriuos kiti eksperimentai buvo nejautri ir kuriuos mes dabar galime išmatuoti "Higso instrumentu". Visa tai leidžia fizikams sustabdyti ir karštai ieškoti naujų būdų studijuoti mikrografą taip, kaip mes anksčiau nežinojome.

Pav. 2 Trumpiausias Higso bosono įvadas. Igor Ivanovo paveikslas

Higso bosono patogumas kaip priemonė yra tas, kad Standartinis modelis vienareikšmiškai ir gana aiškiai numato jo įvairias savybes: galimybes ir greitį, jo kylimo procesų skerspjūvį, jo asociacijos su kitomis dalelėmis intensyvumą. Šių charakteristikų santrauką, numatytą SM, galima rasti Higso bosono puslapyje, kurio masė yra 125 GeV: standartinio modelio lūkesčiai. Fizikams jis tapo žinoma, susipažinta dalelė, kurią dideliais Hadrono kolegaidais gamina masiniai kiekiai. Tačiau kadangi eksperimentinis Higso bosono tyrimas yra tik prasideda,mes galime būti palaukti kiekviename žingsnyje iki atradimo – pakanka nustatyti statistiškai reikšmingą skirtumą tarp SM prognozių bet kuriame iš šių dydžių.

Iš pradžių, 2012-2013 m., Kai statistika vis dar buvo nedidelė, čia ir ten pasirodė ir dingo nieko neįprasto patarimų: ieškokite mūsų Higso naujienų kanalo tais metais. Tačiau, kadangi "Run 1" išnagrinėjo duomenis, šie nukrypimai dingo. Galutiniai ATLAS ir CMS duomenys apie visą "Run 1" statistiką, paskelbtą 2016 m., Parodė nuviliantį standartinį Higso bosono vaizdą. Šių rezultatų santrauka labiausiai suspaustoje formoje parodyta Fig. 3

Pav. 3 Higso bosono ypatybės pagal LHC sesijos rezultatus. 1 pav. Igor Ivanov

Kai LHC uždirbo rekordinę 13 TeV susidūrimų energiją, Higso statistikos įdarbinimo greitis padidėjo kelis kartus. Praėjusių metų viduryje "Run 2" duomenys, gauti remiantis šviesos intensyvumu 12-15 fb, buvo paskelbti 2016 m. Tarptautinėje konferencijoje "ICHEP".−1 (Žiūrėti 2016 m. ICHEP naujienų detales: Higso bosonas puikiai matomas naujose duomenų bazėse ir "ICHEP 2016": "Higso bosono" "portretas" pridėtas naujas). Visas vaizdas taip pat atrodė gana įprastas: visos išmatuotos charakteristikos, išskyrus gimimo ttH kanalą, per klaidas sutapo su SM prognozėmis.TTH procesas parodė nedidelį nukrypimą, tačiau tai nepadarė per daug entuziazmo.

Nepaisant to, visada yra galimybė, kad Higso bosonas tikrai aprūpina ryškius atradimus, bet jie bus pastebimi tik tada, kai klaidos bus sumažintos. Todėl statistikos rinkinys yra labai svarbus Higso fizikai: kuo daugiau duomenų, tuo tiksliau mes išmatuojame bozono charakteristikas ir retesnius procesus su jo dalyvavimu galėsime pastebėti. Iki šiol sukaupta paleisti 2 statistika buvo 36 fb−1kad tris kartus viršija praeitos vasaros duomenų kiekį ir žymiai apima visus 1 paleidimo statistinius duomenis. Taigi fizikai buvo pasiruošę čia pamatyti patarimus apie reiškinius, kurių anksčiau nebuvo galima pastebėti.

Ataskaitos apie Higso bosono savybes, padarytos Moriond EW ir Moriond QCD konferencijose, dvi pagrindinės pavasario konferencijos dalelių fizikos klausimais papildė viena kitą. Jie parodė naujus preliminarius rezultatus įvairiems bozono gamybos ir skilimo kanalams bei tam tikrų jo savybių tyrimui. Ne visi šie rezultatai yra pagrįsti "Run 2" statistika; kai kuriais atvejais, kai analizė vis dar vyksta, fizikai apsiribojo duomenimis, surinktais tik praėjusį pavasarį ir vasarą, arba netgi duomenis nuo 2015 m.Toliau pateikiame tuos Higso tyrimo programos punktus, kuriuos paveikė atnaujinimas.

Skilimas H → γγ

Pirmą kartą CMS bendradarbiavimas parodė, kad buvo gauti visi "Run 2" statistiniai duomenys (leidinys CMS-PAS-HIG-17-015), žr. 1. ATLAS apsiribojo tik praėjusios vasaros rezultatų kartojimu (leidinys ATLAS-CONF-2016-067). Abu matavimai, esant klaidų ribai, atitinka standartinį modelį.

Atkreipkite dėmesį į vieną svarbų subtilumą. Išvada apie tai, ar Higso signalas skiriasi nuo CM prognozių, yra pagrįstas kompleksiniais Higso bosono gamybos skerspjūvio protonų susidūrimo skaičiavimais. Dabar eksperimentai palygina savo duomenis su prognozėmis, apskaičiuotais trečiosios pagrindinės teorijos su pasipiktinimu (šalia-kita-to-the-leading-order, NNNLO), palyginti su antrojo užsakymo (NNLO), kuris buvo naudojamas Vykdymo laikas 1. Paprastai tokie tolesni skilimo pavedimai duoda labai nedidelius priedus, bet Higso bosono gamybos skerspjūviui dviejų gluonų santuokoje jie sudarė kietą 10%. Šie skaičiavimai buvo užbaigti neseniai, 2015 m., Ir jie dar kartą parodė, kad sudėtingas tūkstančių diagramų apskaičiavimas nėra ištuštinti teoretikai, bet tai reikalinga norint teisingai interpretuoti eksperimentinius rezultatus.

H → ZZ → → 4 leptonų sumažėjimas

ATLAS taip pat neatskleidžia naujų duomenų šiuo metu ir yra tik praėjusių metų rezultatų (ATLAS-CONF-2016-079). TMS parodė 2 paleidimo duomenis apie statistiką 35,9 fb−1. Higso viršūnė puikiai matoma paskirstant keturis leptonus pagal invariantinę masę (4 pav.); palyginti šį pasiskirstymą su 2013 m. rezultatais arba su praėjusių metų duomenimis (3 paveikslas "ICHEP 2016 m. naujienose": "Higso bosonas" aiškiai matomas naujuose duomenyse).

Pav. 4 CMS Run 2 duomenų paskirstymas pagal keturių leptonų invariantinę masę. Taškai – eksperimentiniai duomenys mėlyna histograma – foninių procesų indėlis, raudona histograma – Higso bosono indėlis. Nuotrauka iš cms-results.web.cern.ch

Higso signalo dydis buvo \ (\ mu_ (ZZ) = 1 (,) 05 ^ (+ 0 (,) 19) _ (- 0 (,) 17) \) atsižvelgiant į SM prognozes. Higso spektaklis šiame kanale yra toks aiškus, kad pagal savo padėtį CMS išmatuotas bozono masę: m = 125,26 ± 0,20 ± 0,08 GeVkur statistinės ir sisteminės klaidos nurodomos atskirai. Šis naujas aspektas yra vienas! – Visų kanalų 1 paleidimo duomenyse tiksliai buvo viršytas ATLAS ir CMS bendras rezultatas.

Be to, CMS pranešė apie Higso bosono skilimo kampinio pasiskirstymo analizę į 4 leptonus (CMS-PAS-HIG-17-011). Tai taip pat neprieštarauja SM lūkesčiams, dėl kurių buvo galima nustatyti apribojimus hipotetiniams anomaliems Higso bosono ir Z-bozono ryšių variantui.Mes pabrėžiame, kad 4 leptonų skilimo kanalas yra toks retas, kad iki šiol jutikliai matė tik keletą įvykių, ir tai būtų šiek tiek protinga sukurti daugialypius skirstinius. Dabar registruotų įvykių skaičius yra šimtas, o iš šios statistikos jau galima gauti išsamesnės informacijos.

Kanalo gimimas ttH

Galbūt pats įdomiausias Higso bosono procesas yra bendras Higso bosono gimimas ir aukščiausių antikarakų pora. Dėl savo retenybės fizikai nesitikėjo, kad šis procesas būtų rodomas "Run 1" duomenimis, tačiau jis pasirodė abiejų bendradarbiavimų duomenimis, kurių intensyvumas buvo 2-3 kartus didesnis už prognozuojamą SM. Šis nukrypimas buvo vadinamas ttH-anomalijomis ir sukėlė didelį teoretikų susidomėjimą. Be to, pereinant nuo 8 iki 13 TeV, šio proceso tikimybė padidėja beveik keturis kartus, o paaiškėjo, kad pirmieji 2-ojo sesijos rezultatai neužbaigė šios anomalijos. Todėl tyrėjai nekantriai laukė 2016 m. LHC sprendimo.

Kartu mes sakome, kad galutinis nuosprendis dar nėra: visų tokio dalelių kiekio mažėjimo variantų analizė pasirodė pernelyg sudėtinga. ATLAS dar nepateikė naujų duomenų apie tai.Tačiau CMS parengė nemalonų staigmeną. Remiantis kai kurių specifinių skilimo kanalų tyrimo rezultatais paaiškėjo, kad ttH procesas neviršija CM, bet net nepasiekia jo (CMS-PAS-HIG-17-003). Ypač atgrasyti yra galimybė, kai higso bosonas, gimęs ttH kanale, išsilygina į b-anti-b kvarkus (CMS-PAS-HIG-16-038). Čia šis procesas nematomas apskritai – oficiali duomenų analizė suteikia neigiamą rezultatą dėl jo tikimybės! – nors pagal visas sąskaitas jis turėjo būti atvykęs. Tai reiškia, kad net ir tuo atveju, kai kitais nuleidimo atvejais pastebimas perteklius (kaip, pavyzdžiui, daugelio signalų kanale to paties CMS, CMS-PAS-HIG-17-004 duomenimis), tada bendras rezultatas yra nebus daug skiriasi nuo CM.

Pav. 5 parodyta dabartinė gana painia situacija su ttH gimimu skirtinguose kanaluose. ATLAS ir CMS duomenys skiriasi, duomenys apie skirtingus kanalus per vieną bendradarbiavimą taip pat labai skiriasi. Jų asociacija "pagal akis" suteikia kažką apie vieną ir jokiu būdu nepatvirtina originalios ttH-anomalijos (nurodyto aukščiau). Galbūt vienintelis dalykas, apie kurį galima tiksliai pasakyti remiantis šiais ir kitais panašiais duomenimis, yra tas, kad fizikai vis dar negali gerai analizuoti aukščiausios kvarkinės poros, kartu su kitomis dalelėmis, gimimo procesų.Čia daug ką reikia nuveikti, bet atrodo, kad dar bus uždaryta dar viena bendrojo miniatiūra. Tačiau laukiame ATLAS ir CMS oficialių duomenų.

Pav. 5 TtH proceso intensyvumas, palyginti su standartinio modelio prognozėmis, abiejų bendradarbių duomenimis apdorojant skirtingus Higso bosono skilimo kanalus. Nuo Nicolas Chanon'o kalbos Moriond QCD konferencijoje.

Retas procesas

Be tų procesų, kuriuose yra aiškiai matomas Higso bosonas, fizikai bando užregistruoti retesnius jo gimimo ir skilimo variantus. Taigi, ATLAS bendradarbiavimas pristatė dviejų tokių procesų rezultatus, gautus visuose "Run 2" statistikose. Pirmasis yra Higso bosono skilimas į munus. Tai labai retas skilimas, o jo retenybė yra susijusi su maža mūšio masė: standartinis Higso bozonas sklendžia į fermionus su tikimybe, proporcinga masės kvadratui. Tačiau yra naujos fizikos modelių, kuriuose toks sutrikimas gali būti sustiprintas. Be to, tai yra vienintelis proceso pavyzdys, kai yra tikroji galimybė išmatuoti Higso bosono "sukibimo jėgą" su ne trečiosios, bet antrosios kartos fermionais. Todėl fizikai nuolat to ieškojo, nepaisant to, kad dabartinei statistikai to nepakanka, kad jį užregistruoti – kas žino, staiga pasisekė.

Mes jau parašėme apie tokią ATLAS analizę pagal "Run 1" rezultatus (ATLAS ieško Higso bosono skilimo į mjonus); tada buvo nustatyta jo tikimybės riba, 7 kartus didesnė nei prognozuojama CM. Dabar ATLAS atliko naują analizę ir nustatė griežtesnį apribojimą iš viršaus, tik 3 kartus daugiau SM (ATLAS-CONF-2017-014). Gali būti, kad iki 2-osios sesijos pabaigos fizikai galų gale pradės jaustis tokiu skilimu.

Antrasis įdomus procesas, apie kurį pranešė ATLAS, yra Higso bosono gimimas kartu su tamsiosios medžiagos dalelėmis (ATLAS-CONF-2017-024). Šis standartinio modelio procesas, žinoma, yra neįmanomas, nes ten nėra kandidatų į tamsiosios medžiagos daleles, tačiau jis dažnai būna skirtingose ​​naujos fizikos teorijose (6 pav.). Žinoma, tamsiosios medžiagos detektoriaus dalelės negali sugauti. Bet tada jie sugrąžins skersinį impulsą, o detektorius jį pajus. Todėl ATLAS bendradarbiavimas atrinko tokius įvykius, kuriuose gimė du fotonai su netiesiogine masine, būtent Higso bosono masė, ir pastebimas stiprus skersinio momento disbalansas. Deja, nieko neįprasto nebuvo pastebėta.

Pav. 6 Du Higso bosono gimimo variantai h kartu su pora tamsiųjų dalelių χ: per hipotetinį sunkųjį Z-bosono analogą (kairėje) ir per sunkų Higso bosono "brolį" H (dešinėje)Paveikslėlis iš svetainės atlas.web.cern.ch

Bendradarbiaujant su TVS pasirodė paieškos rezultatai dar vienam retuojančiui procesui – tuo pačiu metu gimė du Higso bozonai. Kaip šio proceso dalis, kaip ilgai, kaip CM yra beviltiška už LHC, tačiau smarkiai išaugo įvairių mnogohiggsovskih naujų fizikos modelių palieka galimybę už sensacijų. Kol kas tai neįvyko. TVS detektorius, šis procesas nebuvo matyti, ir nustatė, viršutinė riba ant jo tikimybės, kad viršija CM 28 kartus (TVS-Pas-HIG-17-002) lūkesčius. Tačiau tai yra daug geresnė už 1 paleidimo rezultatus: tada viršutinė riba yra net 70 kartų didesnė už SM.

Rezultatai

Techniniu požiūriu Didysis Hadrono Collider veikia puikiai ir nustato įrašą po įrašo. Statistiniai duomenys, surinkti 2016 m., Daugiau nei nutraukia visus ankstesnius koliažo darbo metus. Šie statistiniai duomenys reikalauja kruopštaus apdorojimo, todėl pagal jį gauti rezultatai bus rodomi daugiau nei vienerius metus. Duomenų analizė taip pat pasiekia naujus sudėtingumo ir numatymo aukštus. Tačiau mokslinis grįžtamasis ryšys nėra toks rožinis, kaip fizikų svajojo apie "Run 2" sesijos išvakarę. Ši nedidelė Higso rezultatų kolekcija, pateikta "Moriond" konferencijose, nenumato jokių esminių Higso bosono savybių skirtumų iš SM prognozių .Vis dėlto Higso rezultatai yra daugybė kartų didesni už mus – mes turime būti tik kantrūs.

Šaltiniai:
1) Mokslinė konferencijų programa Moriond 2017 EW ir Moriond 2017 QCD.
2) ATLAS ir CMS bendradarbiavimo preliminarių Higso rezultatų lentelė.

Igoris Ivanovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: