Αυτό το μικρό κεφάλαιο προσπαθεί να σου δώσει μια ιδέα για την έρευνα σχετικά με αυτό το νέο σωματίδιο στον LHC και τα πρόσφατα ανακοινωμένα αποτελέσματά της.

Αν και ο LHC αναζητά πολλά νέα σωματίδια, το σωματίδιο Higgs είναι το πιο διάσημο. Η ανακάλυψή του συνιστά ένδειξη ότι είναι σωστή μια θεωρία που διατυπώθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1960 και περιγράφει τον μηχανισμό που δίνει μάζα σε όλα τα σωματίδια του καθιερωμένου προτύπου. Από την ύπαρξη συμμετριών μπορούμε να συναγάγουμε ότι αμέσως μετά από τη μεγάλη έκρηξη όλα τα στοιχειώδη σωματίδια δεν είχαν μάζα. Η θεωρία προτείνει ότι ένα μέσο που ονομάζεται πεδίο Higgs υπήρχε παντού στο σύμπαν μας ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά από τη μεγάλη έκρηξη. Τα σωματίδια που αλληλεπιδρούν με αυτό το πεδίο έχουν μη μηδενική μάζα: Όσο πιο ισχυρά αλληλεπιδρούν με το μέσο, δηλαδή όσο πιο μεγάλη είναι η παρατηρούμενη μάζα τους, τόσο πιο πολλή δύναμη χρειάζεται για να επιταχυνθούν μέσα στο μέσο αυτό. Προκειμένου να ελεγχθεί πειραματικά η ιδέα της ύπαρξης ενός πεδίου Higgs πρέπει να βρεθεί μια παρατηρήσιμη ποσότητα που να σχετίζεται με αυτό. Η κβαντική θεωρία πεδίου απαιτεί την ύπαρξη ενός σωματιδίου που θα σχετίζεται με το πεδίο Higgs και αυτό το σωματίδιο να μπορεί να δημιουργηθεί από την διέγερση του πεδίου. Αυτό μοιάζει πολύ με τη δημιουργία μικρών στροβίλων σε ένα ρευστό ή ένα αέριο. Αυτοί οι στρόβιλοι είναι τα κβάντα των διεγέρσεων του πεδίου Higgs και είναι τα πραγματικά σωματίδια Higgs. Έχουν πολύ μεγάλη μάζα και εξαιρετικά μικρή διάρκεια ζωής. Πριν μπορέσουν να φτάσουν στους ανιχνευτές διασπώνται σε άλλα σωματίδια και έτσι μπορούμε να τα δούμε μόνο στη βάση των προϊόντων της διάσπασής τους. Μετά από τρία χρόνια συλλογής δεδομένων και ανάλυσης αυτών των δεδομένων, έχουμε πλέον μια καλή ιδέα για τη μάζα του σωματιδίων Higgs. Λόγω της μάζας του που είναι 125 GeV αυτό μπορεί να διασπαστεί σε πολλά διαφορετικά σωματίδια. Η μέτρηση των πιθανοτήτων με τις οποίες διασπάται το σωματίδιο Higgs σε άλλα σωματίδια είναι μια συνεχιζόμενη προσπάθεια η οποία θα ξεκαθαρίσει κατά πόσο αυτό που ονομάζουμε σωματίδιο Higgs είναι πραγματικά το σωματίδιο Higgs που προβλέπει η θεωρία.
Στο ακόλουθο διάγραμμα βλέπεις τις θεωρητικές προβλέψεις και τα πρόσφατα πειραματικά αποτελέσματα από τα πειράματα ATLAS και CMS όπου εκτίθενται τα κλάσματα (άξονας y) των πιο σημαντικών διαδικασιών διάσπασης του σωματιδίου Higgs. Επιπλέον, μπορείς να δεις σκιασμένες περιοχές μέσα στο διάγραμμα. Αυτές οι περιοχές δείχνουν μάζες του σωματιδίου Higgs που πριν από την ανακάλυψή του είχαν αποκλειστεί από αναλύσεις σε δεδομένα των πειραμάτων ATLAS και CMS του LHC (με βεβαιότητα 95%) ή από δεδομένα του προκατόχου του LHC, του πειράματος LEP, πριν από 10 χρόνια. Παρουσιάζεται επίσης η επίδραση της μάζας του Higgs (άξονας x) σ' αυτά τα κλάσματα.



Πρόσεξε την μπλε διακεκομμένη γραμμή (που συμβολίζεται με WW). Από τη στιγμή που είναι δύσκολη η αναζήτηση του σωματιδίου Higgs μέσω της παρατήρησης περίσσεις γεγονότων με ζεύγη χαμηλού και αντι-χαμηλού κουάρκ (εξαιτίας του τεράστιου υποβάθρου), αυτή η γραμμή μας λέει: Η διάσπαση του σωματιδίου Higgs σε δύο σωματίδια W είναι ο περισσότερα υποσχόμενος τρόπος διάσπασης στο πλήρες πεδίο των επιτρεπτών τιμών για τη μάζα. Αυτά τα σωματίδια W έχουν αντίθετα ηλεκτρικά φορτία από τη στιγμή που το σωματίδιο Higgs είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

Το πρόβλημα είναι: Αν ένα σωματίδιο Higgs διασπαστεί σε δύο σωματίδια W αυτό θα μοιάζει με την παραγωγή των δύο W με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Αυτή η διαδικασία παραγωγής επιτρέπεται από το Καθιερωμέο Πρότυπο και δεν έχει καμία σχέση με την παραγωγή του Higgs (βλ. δεξί γράφημα Feynman πιο κάτω). Επιπρόσθετα, η τελευταία διαδικασία (παραγωγή των δύο W χωρίς τη συμμετοχή του Higgs) είναι πολύ πιο συχνή (4-10 φορές ανάλογα με τη μάζα). Όμως πώς μπορούμε να διακρίνουμε μεταξύ των δύο αυτών διαδικασιών; Η διάκριση είναι δυνατή αν χρησιμοποιήσουμε επιπλέον φυσικές ποσότητες. Αν μάθεις πώς να τις χρησιμοποιήσεις θα μπορέσεις να διακρίνεις αυτές τις διαδικασίες. Οι φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων ονομάζουν αυτόν τον τρόπο: αύξηση του λόγου σήματος προς υπόβαθρο.

Έτσι, το κανάλι που θα μας ενδιαφέρει κατά την αναζήτηση του Higgs είναι ο τρόπος διάσπασης των WW. Αμφότερα τα σωματίδια W διασπώντα ανεξάρτητα το ένα από το άλλο σύμφωνα με τους νόμους του Καθιερωμένου Προτύπου. Ένα σωματίδιο W μπορεί να διασπαστεί είτε σε ένα ζεύγος κουάρκ και αντικουάρκ είτε σε ένα ζεύγος λεπτονίου και αντιλεπτονίου. Θέλουμε να ρίξουμε μια ματιά στον τελευταίο τρόπο διάσπασης, όπου αμφότερα τα σωματίδια W θα διασπαστούν σε ένα ζεύγος λεπτονίου και αντιλεπτονίου, αποκλείοντας τα λεπτόνια τ λόγω της περίπλοκης αναγνώρισής τους. Οι φυσικοί ονομάζουν αυτον τον τρόπο διάσπασης H→WW→lνlν ή εν συντομία WW→lνlν, όπου το l συμβολίζει το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο, το ποζιτρόνιο ή το αντιμιόνιο και το ν συμβολίζει το νετρίνο ή το αντινετρίνο.

Προκειμένου να αυξήσουμε τον λόγο σήματος προς υπόβαθρο στον επιλεγμένο τρόπο διάσπασης θα επικεντρωθούμε στην γωνία μεταξύ των δύο ανιχνεύσιμων λεπτονίων στο επίπεδο που είναι κάθετο στον σωλήνα της δέσμης. Αυτή η γωνία ονομάζεται opening angle. Αν λάβουμε υπόψη μας τις σχέσεις του σπιν των παραγόμενων σωματιδίων αναμένουμε να βρούμε τα γεγονότα Higgs κυρίως σε γωνίες μικρότερες από 90 μοίρες ενώ τα γεγονότα WW του Καθιερωμένου Προτύπου εμφανίζονται σε όλο το εύρος τιμών των γωνιών με προτίμηση γωνίες μεγαλύτερες των 90 μοιρών. Βάζοντας αυτές τις πληροφορίες σε ιστογράμματα θα έχουμε μια ωραία οπτικοποίηση για περαιτέρω ανάλυση.

Εδώ φαίνονται δύο ακόμη διαγράμματα Feynman που δείχνουν την παραγωγή και τη διάσπαση του σωματιδίου Higgs και ένα γεγονός υποβάθρου (σ' αυτήν την περίπτωση: παραγωγή ενός ζεύγους βαρέων υψηλών κουάρκ).

Τώρα που ξέρεις πια πώς να βρίσκεις γεγονότα WW, μπορείς να προχωρήσεις στη μέτρηση.

• Γλώσσες
• Αρχική σελίδα
• Περιεχόμενα
• Δημιουργοί
• Επικοινωνία
• Downloads