Higgs Parçacığı
Bu kısa bölüm size BHÇ' de kısa süre önce sonuçları verilen bu yeni parçacık ile ilgili bilgi vermeyi amaçlıyor.
BHÇ bir yandan yeni parçacıklar için arayışını sürdürürken Higgs parçacığı bu parçacıklar arasında şüphesiz ki en ünlüsüdür.
Bulunmasıyla birlikte geçmişi 1960'ların ortalarına dayanan bir teorinin doğruluğu konusunda kanıt sunmuş oldu. Bu teori Standard Model'deki tüm parçacıklara kütle veren bir mekanizmadan bahseder.
Yaklaşımlara göre büyük patlamadan hemen sonra temel parçacıklar bir kütleye sahip değillerdi.
Teori, büyük patlamadan trilyonda bir saniye sonra Higgs alanı denilen bir ortamın evrenimizi kapladığını söyler.
Parçacıklar bu alanda sıfırdan farklı bir kütleyle etkileşime geçerler: Parçacıklar ortamla ne kadar daha çok etkileşirler ise, gözlenen kütleleri o derece büyük olur ve parçacıkları bu alanda hızlandırabilmek için daha fazla kuvvete ihtiyacınız olur.
Higgs alanı fikrini deneysel olarak gözlemleyebilmek için ona bağlı gözlenebilir bir nicelik gözlenmesi gerekir.
Kuantum alan teorisine göre Higgs alanıyla bağlantılı bir parçacık var olmak zorundadır ve bu parçacık, alan uyarılarak yapılabilir.
Bu tıpkı bir sıvıda ya da gazda ufak kıvrımlar yaratmaya benzer.
Bu kıvrımlar, Higgs alanının uyarımlarının bir miktarıdır ve aslında Higgs parçacıklarıdır.
Çok büyük kütleli ve oldukça kısa ömürlüdürler.
Dedektörlere ulaşmadan diğer parçacıklara bozunurlar ve sadece bozunma ürünlerinin temellerinde bulunabilirler.
Üç yıllık veri alımlarının ve analizlerinin ardından şimdilerde Higgs parçacığının kütlesiyle ilgili güzel tahminlere sahibiz.
125 GeV'luk kütlesinden dolayı çok çeşitte parçacıklara dönüşebilir.
Higgs parçacığının hangi parçacığa bozunacağı oranı hala devam eden bir çalışmadır ve tamamlandığında Higgs parçacığı dediğimiz şeyin gerçekten teoride öngörülen Higgs parçacığı olup olmadığını kesinleştirmiş olacak.
Aşağıdaki diyagramda teoriksel öngörüleri ve ATLAS ve CMS detektörlerinden alınan ve Higgs parçacığının en önemli bozunma süreçlerinin kesimlerini (y-ekseni) detaylı bir şekilde gösteren deney sonuçlarını göreceksiniz.
Ek olarak, diyagramdaki taralı alanları göreceksiniz.
Bu alanlar Higgs kütlelerinin keşiflerinden öncesini göstermektedir ve ATLAS, CMS ve BHÇ(%95 doğrulukla) veya BHÇ'nin öncülü, 10 yıl önceki LEP deneylerinin analizlerinden sonra dahil edilmemiştir.
Higgs kütlesinin (x-ekseni) bu kesimlerdeki tesiri de gösterilmiştir.
Mavi kesikli (WW ile gösterilen) çizgiye dikkat ediniz. Higgs parçacığını aramak alt ve karşıt-alt kuark çiftlerinin olaylardaki fazlalıklarını inceleyerek yapıldığı için zordur (büyük arka plandan dolayı). Bu çizgi bize şunu söyler: Higgs parçacığının iki tane W parçacığına bozunumu tüm izin verilen kütle aralıklarında en çok umut vaat edendir. Higgs parçacığı elektriksel olarak nötr olduğu için bu W parçacıkları elektriksel olarak zıt yüklüdür.
Problem şurada doğar: Eğer Higgs parçacığı iki W parçacığına bozunuyorsa, bize iki zıt yüklü W parçacığının oluşumuymuş gibi gözükür.
Bu parçacıkların oluşumu Standart Model tarafından izin verilmektedir fakat Higgs üretimiyle alakası yoktur ( Aşağıdaki Feynman grafiğine bakınız).
Ayrıca sonraki süreç (iki W parçacığının Higgs olmadan üretimi) daha sıklıkla görülen (Kütleye bağlı olarak 4-10 kat sıklıkla) bir durumdur.
Peki öyleyse bu iki farklı süreci nasıl birbirinden ayırabiliriz?
Bu, ek olarak belirli fizik niceliklerini devreye sokarak olur.
Bu nicelikleri nasıl kullanacağınızı öğrenmek belirtilen iki süreci ayırmanızda size yardımcı olacaktır.
Parçacık fizikçileri buna: Sinyal - arka plan oranını arttırmak derler.
Higgs'i ararken ilgileneceğimiz yol WW bozunma modudur.
İki W parçacığı da Standar Model'in yasalarını izleyerek birbirinden bağımsız olarak bozunurlar.
Tek bir W parçacığı hem bir kuark ve karşıt-kuark çiftine veya hem de bir lepton ve karşıt-lepton çiftine bozunurlar.
Biz, W parçacıklarının bir lepton ve karşıt-lepton çiftine bozunduğu ikinci bozunma tipine bakmak istiyoruz. Burada tau leptonlarını zor belirlenebilirliklerinden dolayı hesaba katmıyoruz.
Fizikçiler bu bozunma tipine H→WW→lνlν veya WW→lνlν kısaca, l burada bir elektron, müon, pozitron veya karşıt-müon'u ve ν ise nötrino veya karşıt-nötrinoyu temsil eder.
Seçilen bozunma modunda sinyal - arka plan oranını arttırabilmek için, düzlemde ışın çizgisine dik olan iki adet gözlenebilen leptonların arasındaki açıya odaklanacağız.
Bu açıya, açılma açısı denir.
Standart Model WW olaylarının tüm açı aralıklarında ortaya çıkabilmektedir ancak 90 dereceden büyük açıları tercih ederler. Buna rağmen, ortaya çıkan parçacıkların spin ilişkilerini de hesaba katarak, Higgs olayı en çok 90 derecenin altındaki açılarda ortaya çıkmaktadır.
Bu bilgiyi histogramlara koyduğumuzda bir ileri adımdaki analiz için bize güzel bir görüntüleme sağlayacaktır.
Sinyal ve Arka Plan Karşılaştırılması
Higgs parçacığının oluşumu, bozunumunu ve bir arka plan olayını (burada ağır üst kuark çifti oluşumudur) gösteren iki adet Feynman diyagramı verilmiştir.
WW olayları
-
Burada WW olaylarını nasıl tanıyabileceğinizi öğreneceksiniz.
WW olaylarını bulabilmeyi bildiğimize göre, şimdi ölçüme geçebiliriz.
