Higso bosono skilimas į materijos daleles dar labiau pabrėžia jo standartizaciją. • Igoris Ivanovas. • Mokslo naujienos apie "Elementus". • Fizika. Higso bosonas.

Higso bosono skilimas į materijos daleles dar labiau rodo jo standartumą.

Pav. 1. Grafinis įvykio vaizdavimas – kandidatas į Higso bosono skilimą į du tau leptonus, kurį užregistravo ATLAS detektorius. Spalvoti stačiakampiai parodyti energijos išsiskyrimą įvairiose detektorių sistemose, oranžinės linijos centre – bėgių detektoriaus užpildytų dalelių trajektorijos, raudonos ir mėlynos linijos – atkurtos miuono ir elektronų trajektorijos, du kūgis – lietaus purkštukai. Vaizdas iš cds.cern.ch

Dvi pagrindinės bendradarbiavimo Didžiojo Hadrono Collider'io metu buvo pateikti nauji rezultatai apie Higso bosono skilimą į pagrindines medžiagos daleles – kvarkus ir leptonus. Jų bendrieji duomenys pirmą kartą rodo, kad šis išnykimas iš tiesų vyksta, ir yra papildomi įrodymai, kad atrastas Higso bosonas yra labiausiai visų numatomų variantų standartas.

Higso bosono atradimas Didžiojo Hadrono kolektoriuje buvo pats ryškiausias eksperimentinis pasiekimas elementariųjų dalelių fizikoje pastaruoju metu. Fizikams tai reikštų palankų perėjimą nuo dešimtmečių ieškant iki šio bozono charakteristikų tyrimo. Jie tikėjosi, kad, atradę kai kurias savo neįprastas savybes, kai kurie nukrypimai nuo standartinio modelio prognozių,pirmą kartą jie galės pajausti pagrindinę mūsų pasaulio struktūrą, kuri turėtų priklausyti šiai klasikinei paveikslei. Deja, po pirmojo įkvėpimo mirė, paaiškėjo, kad iki šiol gauti duomenys neparodė jokio skirtumo nuo standartinio Higso bosono. Išsamių duomenų santraukų ieškokite Higso bosono paieškos puslapiuose: rezultatai ir Higso bosono tyrimas.

"Elementai" ne kartą buvo pasakyta, koks yra Higso mechanizmas, kurio echo yra Higso bozonas. Dėl šios naujienos naudinga pabrėžti vieną iš jo savybių. Iš pradžių Higso mechanizmas buvo išrastas tik tam, kad masės galėtų įvertinti bosonus (ty W- ir Z-bosonus, silpnosios sąveikos nešėjus) ir nepažeisti kitų svarbių kalibro teorijų savybių. Tokioje formuluotėje tai nebuvo reikalaujama tas pats Higso laukas davė net masių dalelių medžiagos – kvarkai ir leptonai, tai yra dabar žinomi pagrindiniai fermionai.

Pagal standartinį modelį, kuriame tiesiog nėra nieko daugiau, kad fermionai būtų masyvūs, šis papildomas muitas taip pat buvo "pakabintas" Higso srityje.Štai kodėl standartinis Higso bosonas "turi" sugebėti "išsilyginti ne tik į W ir Z bozonus, bet ir į fermionus. Dažniausiai tarp šių išsiveržimų turėtų būti fermionų, kurių didžiausias yra pagal energijos išsaugojimo įstatymą, skilimas į b-anti-b-porą ir tau-anti-tau-lepton porą (1 pav.). Jei mes pereisime nuo standartinio modelio, tada ne minimaliose teorijos versijose situacijos gali būti, kai yra keletas Higso laukų, taigi vienas iš jų suteikia masę W ir Z bozonams, kitiems – fermionams. Todėl gali pasirodyti, kad tam tikras Higso bozonas, kuris, atrodo, yra gana įprastas, skilimas į W ir Z poras, elgsis neįprastai, skleidžiant į fermionus arba net nenorėdamas jų suskaidyti. Tai būtų labai ryškus Naujosios fizikos pasireiškimas.

Dabar svarbus dalykas: Higso bozonas, kuris buvo aptiktas 2012 m., Buvo patikimai įregistruotas tik į bosonus. Arba jis suskaidomas į du fotonus (H → γγ) arba suskaidomas į du Z-bosonus, o jų paskesnis skilimas į keturis leptonus (H → ZZ → 4l) arba suskaidymas į du W-bozonus, o jų paskesnis skilimas į leptonus (H → WW → lνlν). Šių metų liepos mėn. Rezultatų santrauką žrprie naujienų Atnaujinta ATLAS ir CMS duomenų apie Higso bosoną (elementai, 2013-07-07).

Fermiono skilimas dar nebuvo patikimai užfiksuotas. Žinoma, buvo atskleisti kai kurie užuominų apie b-kvarkus ir tau leptonus, tačiau šių patarimų statistinė reikšmė buvo maža, mažiau nei 3 standartiniai nukrypimai (3σ). Taip atsitiko dėl to, kad tokie žlugimai nėra pernelyg įspūdingi. Pirma, jų tikimybė nėra labai didelė, ir, antra, tai nėra tokie "grynieji" skilimo įvykiai, nes galų gale jų registravimui būtina analizuoti ne tik leptonus, bet ir адроны. Net tau leptonai yra užregistruoti ne tiesiogiai, bet per savo skilimo produktus, ir daugeliu atvejų juose yra адроны. Dėl šios priežasties yra daug sunkiau "subraižyti" šiuos įvykius iš visų sukauptų statistinių duomenų, nes fizikai turi kovoti su stipriu panašių įvykių fone, bet be Higso bozono.

Kaip atskira eilutė, turime paminėti ir Tevatrono rezultatus: 2012 m. Jis taip pat pradėjo matyti Higso bosono užuominas b-anti-b skilimo kanale, kurio statistinė reikšmė buvo beveik 3σ.

Dabar abi didžiausios bendradarbiaujant galiausiai baigė analizę, kaip į šias daleles išsisklaido.Lapkričio pabaigoje ir gruodžio pradžioje CERN vyko du seminarai, kur pirmieji ATLAS, o vėliau ir CMS pranešė apie savo rezultatus apie Higso bosono skilimo į fermionus matavimą. Santraukos rezultatai taip pat yra ATLAS ir CMS Higgs duomenų puslapiuose. Tačiau prieš pateikiant pilno dydžio straipsnius, šie duomenys turėtų būti laikomi išankstiniais. Be to, prieš du mėnesius CMS bendradarbiavimas jau pateikė savo duomenis apie Higso bosono sklidimo matavimą į b-kvarkus.

Abi šios analizės bendradarbiavimas iki šiol apdorojo visą sukauptą statistikos kiekį. Higso bosono lūžių ieškojimas tau leptonams buvo atliekamas visomis galimomis priemonėmis – per kiekvieno tau esančius hadonus ir leptonus. Iš viso surasta keli tūkstančiai įvykių, panašių į dviejų tau leptonų gimimą, tačiau daugiausia tai buvo fonas: Z bosono gimimas ir išnykimas į du tau leptonus arba leptonus ir adronus, aukščiausių kvarkų gimimas ir išnykimas bei kai kurie kiti procesai ( 2 pav.). Kiek iš jų yra tikri Higso įvykiai, be papildomos analizės neįmanoma pasakyti. Ši kruopšta analizė buvo pagrindinis darbo sudėtingumas.Kai jis buvo baigtas, pasirodė, kad Higso įvykiai yra tokie patys, kaip tikėtasi iš standartinio Higso bosono.

Pav. 2 Visų nustatytų įvykių paskirstymas dviem tau leptonais pagal šios poros invariantinę masę. Įvairios spalvos histograma rodo numatomus įvairių foninių procesų įnašus; iš esmės viską įvertina Z-bosono gimimas ir išnykimas. Taškai rodo realius duomenis. Kampinis intarpas parodo, kas atsitiks, jei iš visų duomenų išskaitysite tikėtiną foną – jis lieka raudona taškinė histograma, kuris rodo Higso bosono indėlį. Vaizdas iš twiki.cern.ch

Skilimo atveju į b-kvarkus reikėjo užregistruoti ne vienos Higso bosono gimimą, bet jis suporuotas su W arba Z bosonu (taip vadinamas WH arba ZH gimimas, žr. 1 paveikslą Higso bosono gimimo ir plyšimo puslapyje). Šiuo atveju papildomas bozonas yra aptiktas per jo leptono skilimą, o likusio hadono srauto atveju reikia atskirti du b-spindulius, sukurtus b-kvarkais.

Norint patogiai pateikti gautus rezultatus, fizikai apskaičiuoja faktiškai užregistruotų Higso bosono skilimų santykį su kai kuriomis dalelėmis su standartinio modelio prognozėmis ir žymi jį μ.Iš mkm = 1 reikšmė atitinka visiškai Higgsa standartinė vertė μ = 0 rodo, kad Higso paprastai nėra registruotas šioje irimo kanale, iš mkm žymiai didesnis negu 1 vertė reiškia, kad šis skilimas yra sustiprintu. Nauja fizikos ieškoti šių skyla – tai iš tikrųjų paieška bent keletą pavyzdžių, kurioje išmatuota vertė mkm yra statistiškai reikšmingai skiriasi nuo vienybės būtų.

Ankstesnės matuojamos μ vertės ataskaitos pateikiamos Higso bosono tyrimo puslapyje. Naujos "μ" vertės, skirtos "b-anti-b-poroms" ir "tau leptonai", suskaidomos bendradarbiaujant ATLAS ir CMS:

ATLAS: μττ = 1,4+0,5−0,4; μbb = 0,2+0,7−0,2;
CMS: μττ = 0,87 ± 0,29; μbb = 1,0 ± 0,5.

Tau-lepton poros signalo statistinė reikšmė buvo 4.1σ (ATLAS) ir 3.4σ (CMS). Kitaip tariant, abu detektoriai kartu įrodė, kad Higso bozonas skilimas į ta-leptonus tikrai yra ir kad ji yra gana panašus į standartą, kaip mkmττ gana nuosekliai su vienetu. Kalbant apie skilimą į b-kvarkus, čia dvi grupės daro skirtingus rezultatus. ATLAS duomenys dar neparodo šio išnykimo, o CMS supranta, kad šis sumažėjimas yra toks pat, kaip tikėtasi standartiniame modelyje. Tačiau klaidos čia yra didelės, todėl nėra jokio rimto neatitikimo.

Koks yra rezultatas? Pirma, jei visi duomenys yra sujungti, tai gali būti laikoma įrodyta, kad Higso bozonas tikrai sklendžia į esmines materialines dalelesir ne tik bosonų-nešiklių elektro-silpnų sąveikų. Antra, čia išmatuojamos išmatuotos tikimybės. visiškai atitinka standartinį modelį. Žinoma, tikslumas čia nėra pernelyg didelis, tačiau nėra pastebimų nuokrypių nuo standartinio modelio.

Taigi, renginiai vis dar vyksta pagal pesimistinį scenarijų. LHC atrado Higso bosoną, labai panašų į standartinį modelį, nemato jokių eksperimentinių fizikos požymių už standartinio modelio ribų. Žinoma, pats pats kololiatorius nėra kaltas už tai – tai puikiai veikia, tik tai buvo būtent tai, kas pasirodė. Tai reiškia, kad LHC greičiausiai neturėtų būti ypač ryškių Higso bosono savybių. Jei kažkas išeina už standartinio modelio ribų ir yra rastas, jis pasirodys tik kaip nedidelis skirtumas ir mažai tikėtina, kad jis gali turėti didelę statistiškai reikšmingą reikšmę. Dabar reikėtų tikėtis reikšmingų naujienų tik 2015 m. Pabaigoje, kai susidūrėjas bendradarbiaus su padidėjusia energija ir bus apdorota pirmoji naujų duomenų serija.

Šaltiniai:
"Boson Fermionic Couplings" CMS – ataskaitos iš ATLAS ir CMS bendradarbiavimo specialiu seminaru CERN.

Taip pat žiūrėkite:
1) TVS pateikia pranešimo apie fermionus santrauką – pranešimą apie TVS bendradarbiavimo tinklalapį.
2) ATLAS mato Higso bosono skilimą fermionams – pranešimą ATLAS bendradarbiavimo tinklalapyje.
CMS bendradarbiavimas,
3) Ieškoti standartinio bozono ir nuleisti į apatinius kvarkus // e-print arXiv: 1310.3687 [hep-ex].

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: :???: :?: :!: