Fødselsprocessen er endelig åben, men det vækker ikke teoretikernes entusiasme • Igor Ivanov • Videnskabsnyheder om "Elementer" • LHC, Higgs boson

Fødselsprocessen af ​​ttH er endelig åben, men det vækker ikke teoretikernes entusiasme.

Fig. 1. Statistikken over fødselshændelser i et topkvark-antikvitetspar og to høj-energifotoner demonstrerer en klar top i fordelingen af ​​de to fotoner i den invariante masse på Higgs bosonmassen, hvilket gør det muligt at tale med tillid om registreringen af ​​ttH-processen. Billede fra artiklen: ATLAS Collaboration. LHC med ATLAS detektoren

Efter flere års søgning rapporterede ATLAS- og CMS-samarbejderne endelig om den pålidelige opdagelse af Higgs boson-fødselsprocessen ledsaget af et topkvark-antikvitetspar. Fødselsintensiteten inden for fejlen er i overensstemmelse med forudsigelserne af standardmodellen. For flere år siden var der en hype omkring denne proces, men nu har alle passionerne aftaget, og teoretikerne har fundet meddelelserne fra CMS og ATLAS meget cool.

I elementær partikelfysik er der blandt de mange forskellige reaktioner af fødsel og forfald af forskellige partikler en lille, men meget vigtig klasse af tegnprocesser, nøgle, der er afgørende for den videre udvikling af et bestemt partikelfysik. Disse processer står adskilt fra teoretikere og eksperimenter. De er normalt vanskelige til forsøgsregistrering; i nogle tilfælde har fysikere jaget dem i årtier.På den anden side er det gennem dem, at det for første gang er muligt at teste en ny facet af, hvordan universet fungerer på niveauet for microworld. De er yderst attraktive for teoretikere: hvis disse processer afslører en væsentlig afvigelse fra standardmodellernes (SM) forventninger, kan dette være forløberen for et fyrværkeri af opdagelser og begyndelsen af ​​en ny æra i partikelfysik.

Flere sådanne processer er allerede blevet opdaget på Large Hadron Collider. Dette er frem for alt fødslen af ​​Higgs boson, samt nogle super-sjældne nedfald af B mesons. En yderligere proces, der involverer Higgs boson – dens samtidige fødsel sammen med det øverste quark-antikvarkepar – ttH-systemet – kan tilskrives denne gruppe. Den anden dag, efter fire års søgning, overraskelser, håb og skuffelser, blev denne proces endelig erklæret åben, endelig og uigenkaldeligt. Begge de største detektorer i Large Hadron Collider, ATLAS og CMS, ser en klar indikation af denne proces på et niveau af statistisk signifikans over 5 sigma, hvilket i partikelfysik anses for at være tærsklen for en åbningsopgørelse.

CMS Collaboration rapporterede dette tilbage i april, hvorved der blev frigivet et preprint, der blev offentliggjort i tidsskriftet i begyndelsen af ​​juni. Fysiske Review Letters. Deres resultat var baseret på statistikken fra 2016 kombineret med Run 1-data (2010-2012), som følge af, at signalets samlede statistiske signifikans var 5,2σ. ATLAS-samarbejdet afsluttede sin analyse lidt senere og offentliggjorde resultaterne først i begyndelsen af ​​juni. Men hun omfattede dataene fra 2017, hvilket bringer den samlede integrerede lysstyrke til 80 fb-1, og statistisk signifikans – op til 6,3σ. Dette arbejde er blevet en af ​​de allerførste publikationer, hvor der i sidste ende er taget højde for 2017-statistikkerne, der er optaget i dens omfang. Signalets intensitet – det vil sige antallet af registrerede fødsler af ttH sammenlignet med CM-forventningerne – var μ (ttH) = \ (1,26 ^ {+ 0,31} _ {- 0,26} \) ifølge CMS og μ (ttH ) = \ (1,32 ^ {+ 0,28} _ {- 0,26} \) ifølge ATLAS. I begge tilfælde er resultatet inden for de fejlgrænser, der er i overensstemmelse med standardmodellen.

Historien om disse undersøgelser optrådte på CERNs hjemmeside, i tidsskrifter Fysik og CERN Courier og på samarbejdssider. I det nye ATLAS-resultat kan du finde en animation af, hvordan ttH-systemet blev født i ATLAS-detektoren, da dataene akkumulerede som dataene akkumulerede. Nyhederne blev også udsolgt i mange medieforretninger, der igen vækkede offentlig interesse for resultaterne af collideren.Men det skal bemærkes, at de stemplede højtidelige formuleringer, hvor meddelelsen om denne opdagelse nu er klædt, skjuler læserne den mest interessante del af denne historie, som varede i flere år og blev inspirationskilde for hundredvis af teoretikere. Man kan endda sige dette: Hvis der for tre år siden var et ægte opblussen omkring denne proces, er nu alle lidenskaber faldet, og teoretikere følger nu meddelelserne fra CMS og ATLAS køligt, hvis ikke ligeglade.

Lad os kort huske denne historie, som vi har fulgt siden 2015 på Top-Anti-Higgs Combination-siden. Det første hint ved fødslen af ​​ttH optrådte i 2014 CMS-publikationen. Den blotte kendsgerning, at i løbet af Run 1-sessionen var spor af denne sjældne proces, var overraskende for fysikere – ifølge SM estimaterne bør Run 1 ikke have nok statistik til dette. Vurderingen af ​​sandsynligheden for denne proces fik CMS Collaboration et næsten tredobbelt overskud i forhold til Standard Model! Teoretikere begyndte lykkeligt at forklare denne anomali i forskellige modeller af New Physics. Faktum er, at topkvarken på grund af sin unormalt store masse og som følge heraf dens intensive forbindelse med Higgs bosonen altid vækkede mistanke blandt teoretikerne.Derfor afvigelsen i fødslen TTH-systemet er helt på linje med forventningerne, at der er et sted for usædvanlige effekter. Mange mennesker mente, at fysikken er ved at famle "smerte punkt" af Standard Modellen.

ATLAS-data optrådte lidt senere, og situationen blev ikke afklaret. I september 2015, hvor Higgs data fra to detektorer blev officielt kombineret varet anomali TTH-fødsel og fortsatte med at ophidse fantasien. Hertil kommer, alle venter på den første data Run 2 – trods alt på op til 13 TeV kollision energi øger fødslen proces bør dramatisk forstærket firedobbelte i forhold til en session Run 1. Det er klart, at 2016 vil bringe en stor sensation, eller lukke anomali. Hertil kommer, at i første halvdel af 2016 fysikere oplevet den stærkeste i det seneste årti chok, da han dukkede op ud af ingenting og forsvandt ind intetsteds-foton spike på 750 GeV. Knap genvundet fra chokket af fysikkens sige, at i det mindste har Tth-anomali blevet holdt, for de første data i 2016 stadig bevaret nogle intriger. Men i løbet af 2017 Hope ubønhørligt smeltet, og i december stod det klart, at der ikke var noget at fange her, ak, er ikke nødvendig.

I begyndelsen af ​​2018 den statistiske signifikans af signalet var allerede 4σ.Da pålideligheden af ​​beviset i hans favør voksede stærkere, blev teoretikernes entusiasme tværtimod falmet væk. Intensiteten af ​​samspillet mellem Higgs boson og de øverste kvarker viste sig at være helt standard, og det var tydeligt, at der stadig var lidt pres tilbage, og processen ville blive officielt åbnet. Det er netop hvad der skete den anden dag. Selvfølgelig er dette en vigtig proces, som fysikere har jaget i så mange år; Dette er en slags kontrolpunkt for colliderens Higgs-program. Men han fremkalder ikke længere den tidligere inspiration fra teoretikere.

Ud fra det eksperimentelle resultat er det ikke alene vigtigt at opdage selve processen selv, men også det faktum, at fysikere har lært at klare et så komplekst system til analyse (figur 2). Efter alt producerede alle tre partikler – de øverste kvarker og Higgs boson – forfald og ind i forskellige slutter. Desuden kan deres forfaldsprodukter i høj grad forstyrre hinanden og gøre det vanskeligt at vælge begivenheder.

Fig. 2. Arrangementet er en kandidat til fødslen af ​​ttH-systemet med en bestemt henfaldskanal. Billede fra home.cern

Faktisk skulle dataene i 2016 behandles så længe netop på grund af den usædvanlige sammenblanding af det fødte sæt partikler.I 2017 indrømmede eksperimenterne ærligt på konferencerne prædiktive modstridende resultater på separate forfaldskanaler: tilsyneladende er vi stadig dårligt i stand til at løse sådanne komplekse processer. Nu har de håndteret denne opgave, og det betyder, at det nu er muligt at tørre ved andre, endnu mere komplekse fødselsreaktioner.

kilder:
1) CMS-samarbejde. Observation af produktionen // Fysiske Review Letters 120, 231801 (2018). Preprint-artiklen er også tilgængelig som arXiv: 1804.02610.
2) ATLAS-samarbejde. Ved LHC med ATLAS detektoren // preX arXiv: 1806.00425.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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