Μετάφραση επιλεγμένων όρων της Φυσικής των Στοιχειωδών Σωματιδίων

Μιας και ο κύριος σκοπός των μεταφράσεων σε αυτό το blog όλο αυτό το διάστημα είναι να υπάρχει υλικό και στα ελληνικά για τις εξελίξεις στη Σωματιδιακή Φυσική και τα αποτελέσματα των διάφορων πειραματικών ερευνών, είπα να συγκεντρώσω εδώ κάποιους από τους όρους που συναντώ σχετικά συχνά. Κάποιοι από αυτούς είναι βασικοί και κάποιοι άλλοι κάπως πιο εξειδικευμένοι. Για πολλούς από αυτούς έχω γράψει και ένα μικρό σχόλιο, είτε για το περιεχόμενο του όρου, είτε για τη μετάφραση. Θα προσθέτω περισσότερες λέξεις και σχόλια όσο περνάει ο καιρός, για να γίνει λίγο πιο ολοκληρωμένη η λίστα, αλλά, ούτως ή άλλως, είναι κάπως αχανές το πεδίο, οπότε δεν πρόκειται να είναι ποτέ πλήρης. Γενικά, έχω εστιάσει σε όρους του πειραματικού σκέλους των στοιχειωδών σωματιδίων.

Οι μεταφράσεις για τις οποίες είμαι σχετικά σίγουρος είναι με bold, ενώ για τις υπόλοιπες θα ήθελα κάποια επιβεβαίωση. Στο τέλος της σελίδας έχω και μία μικρή λίστα με λέξεις για τις οποίες δεν έχω βρει τη μετάφραση, αλλά πιθανόν να μπορεί να βοηθήσει κάποιος αναγνώστης.

Είναι λίγο αδύνατο να μην έχω γράψει κάποια ανακρίβεια, οπότε όλες οι διορθώσεις ευπρόσδεκτες. Όποιος επιθυμεί να βοηθήσει συμπληρώνοντας τα κενά ή προτείνοντας κάποια άλλη προσθήκες, μπορεί να το κάνει στα σχόλια (ή στο email μου).

———–

___accelerator -> επιταχυντής : είναι μία διάταξη η οποία επιταχύνει φορτισμένα σωματίδια (ή δέσμες σωματιδίων) με σκοπό, τουλάχιστον στη φυσική υψηλών ενεργειών, να τα οδηγήσει σε σύγκρουση με ακίνητα σωματίδια-στόχους ή με αντίθετα κινούμενα σωματίδια. Η υψηλή κινητική ενέργεια των σωματιδίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή νέων σωματιδίων με μεγάλες μάζες ηρεμίας.
___arXiv : προφέρεται όπως το «archive»· είναι μία ιστοσελίδα που χρηματοδοτείται από διάφορα πανεπιστημιακά και ερευνητικά ιδρύματα και η οποία προσφέρει ελεύθερη πρόσβαση σε πλήθος επιστημονικών δημοσιεύσεων
___asymptotic freedom -> ασυμπτωτική ελευθερία : η ιδιότητα που παρουσιάζουν κάποιες κβαντικές θεωρίες πεδίου να τείνει η ισχύς της σύζευξης μεταξύ των σωματιδίων στο μηδέν καθώς πηγαίνουμε σε όλο και μεγαλύτερες ενέργειες. Ένα παράδειγμα τέτοιας θεωρίας είναι η κβαντική χρωμοδυναμική και το φαινόμενο αυτό παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στη λεγόμενη βαθιά ανελαστική σκέδαση ηλεκτρονίων από νουκλεόνια.
___background -> υπόβαθρο : Οι έρευνες για νέα φυσική (πχ για νέα σωματίδια) στηρίζονται στη σύγκριση μεταξύ της πρόβλεψης των θεωριών μας για το αποτέλεσμα ενός πειράματος και του παρατηρούμενου αποτελέσματος αυτού του πειράματος. Το υπόβαθρο είναι το σύνολο των αποτελεσμάτων που θα περιμέναμε να δούμε με βάση τις αποδεκτές (και πειραματικά επιβεβαιωμένες) θεωρίες μας.
___branching fraction -> λόγος διακλάδωσης : Ας υποθέσουμε πως ένα σωματίδιο μπορεί να διασπαστεί με Ν συνολικά τρόπους για κάθε έναν εκ των οποίων έχει ρυθμό διάσπασης, δηλαδή πιθανότητα διάσπασης ανά μονάδα χρόνου, Γi. Ονομάζουμε λόγο διακλάδωσης το πηλίκο Γi/Γ όπου Γ= ∑ Γi . Το Γ είναι το λεγόμενο εύρος του σωματιδίου και σχετίζεται με τον χρόνο ζωής τ του σωματιδίου μέσω της σχέσης τ=1/Γ.
___bremsstrahlung -> ακτινοβολία πέδησης : είναι η ακτινοβολία που εκπέμπει ένα φορτισμένο σωματίδιο καθώς επιβραδύνεται (ή καθώς αλλάζει πορεία). Προέρχεται από τις γερμανικές λέξεις bremsen (φρενάρισμα, πέδηση) και strahlung (ακτινοβολία).
___calorimeter -> καλορίμετρο ή θερμιδόμετρο
___center of momentum frame -> σύστημα κέντρου ορμής : είναι το σύστημα αναφοράς στο οποίο το διανυσματικό άθροισμα των (χωρικών) ορμών όλων των σωματιδίων του συστήματος είναι ίσο με μηδέν. Στο σύστημα αυτό η σύγκρουση δύο σωματιδίων Α,Β μπορεί να δώσει ένα νέο ακίνητο σωματίδιο C (Α+Β->C) χωρίς να παραβιάζονται οι αρχές διατήρησης ορμής και ενέργειας.
___CERN -> Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών : αποτελεί ακρωνύμιο του Γαλλικού «Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire».
___chiral symmetry -> χειραλική συμμετρία
___confinement -> εγκλωβισμός : συναντάται συχνά ως «εγκλωβισμός των κουάρκ» (quark confinement) και αναφέρεται στην πρόταση (για την οποία δεν υπάρχει ακόμα πλήρης απόδειξη) πως τα κουάρκς δεν μπορούν να βρεθούν ελεύθερα σε έγχρωμες καταστάσεις.
___conformal FTs -> σύμμορφες θεωρίες πεδίου
___cosmic strings -> κοσμικές χορδές
___coupling constant -> σταθερά σύζευξης : είναι ένας αριθμός ο οποίος καθορίζει την ισχύ της δύναμης για μία αλληλεπίδραση. Για τις αλληλεπιδράσεις στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας πεδίου, εφόσον ο αριθμός αυτός είναι, τουλάχιστον σε κάποια ενεργειακή περιοχή, μικρός σε σχέση με τη μονάδα , τότε μπορεί εκεί να εφαρμοστεί η μέθοδος διαταραχών για τους διάφορους υπολογισμούς. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η κβαντική ηλεκτροδυναμική όπου (σε χαμηλές ενέργειες) η σταθερά σύζευξης ισούται με 1/137. Δείτε περισσότερα εδώ.
___CP violation -> παραβίαση της συμμετρίας CP
___CPT theorem -> θεώρημα CPT : αποτελεί ένα από τα βαθύτερα αποτελέσματα της κβαντικής θεωρίας πεδίου. Σύμφωνα με αυτό, για θεωρίες που πληρούν κάποιες πολύ γενικές προϋποθέσεις (όπως η αναλλοιότητα Lorenzt, η τοπικότητα, κτλ), η συνδυασμένη εφαρμογή της συζυγίας φορτίου, του μετασχηματισμού ομοτιμίας και της χρονικής αναστροφής θα πρέπει να είναι συμμετρία της θεωρίας. Δείτε περισσότερα εδώ.
___cross section, effective ~ -> ενεργός διατομή : είναι ένα μέτρο της πιθανότητας να συμβεί μετάβαση προς μία τελική κατάσταση κατά τη σκέδαση δύο σωματιδίων. Το άθροισμα των ενεργών διατομών προς κάθε τελική κατάσταση δίνει την ολική ενεργό διατομή της αλληλεπίδρασης. Έχει μονάδες εμβαδού, κάτι το οποίο μπορεί να γίνει κατανοητό από την αναλογία με τη κλασική κατάσταση σκεδάσεων σε σταθερό στόχο (πχ μία «σκληρή» σφαίρα) με καλώς καθορισμένες διαστάσεις, όπου η πιθανότητα να πετύχουμε τον στόχο είναι ανάλογη της γεωμετρικής του διατομής. Η κατάσταση βέβαια είναι αρκετά πιο περίπλοκη στην κβαντική εκδοχή της, όπου η «διατομή» εκεί εξαρτάται τόσο από τη δομή του στόχου, όσο και από τη φύση των σωματιδίων με τα οποία αυτός συγκρούεται. Σε συγκεκριμένες ενέργειες μάλιστα μπορούν να παρουσιαστούν τοπικά μέγιστα (συντονισμοί).
___dark photons -> σκοτεινά φωτόνια
___decay channel -> κανάλι διάσπασης : η διάσπαση προς συγκεκριμένα προϊόντα, ίδιο περιεχόμενο έχουν επίσης οι όροι decay mode και decay route
___deep inelastic scattering -> βαθιά ανελαστική σκέδαση 
___drift chamber -> θάλαμος ολίσθησης
___electroweak interaction -> ηλεκτρασθενής αλληλεπίδραση : η θεωρία που ενοποιεί την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή αλληλεπίδραση
___exotic matter -> εξωτική ύλη
___gauge invariance -> αναλλοιότητα βαθμίδας
___gauge theories -> θεωρίες βαθμίδας
___gluon -> γλοιόνιο ή γκλουόνιο ή γλουόνιο : ο φορέας της ισχυρής αλληλεπίδρασης. Συναντώνται και οι τρεις μεταφράσεις. Ομολογουμένως, το πρώτο (γλοιόνιο) είναι το πιο σωστό αφού το gluon προέρχεται από το glue, το οποίο με τη σειρά του είναι μεταφορά στα αγγλικά του ελληνικού επιθέτου «γλοιός». Παρ’ όλα αυτά, το δεύτερο (γκλουόνιο) είναι το κοντινότερο στην αγγλική προφορά της λέξης, κάτι το οποίο είναι πάντα επιθυμητό, ενώ το τρίτο (γλουόνιο) είναι για μένα το πιο εύηχο (υποκειμενικό αυτό βέβαια). Μάλλον θα συνεχίσω να το μεταφράζω ως γλουόνιο…
___grand unification theories-> μεγαλοενοποιημένες θεωρίες
___graviton -> βαρυτόνιο : ο (υποθετικός) φορέας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης. Συναντάται και ως «γκραβιτόνιο» αλλά εμένα δεν μου φαίνεται εύηχο.
___hard scattering process -> διαδικασία σκληρής σκέδασης
___helicity -> ελικότητα
___HEP -> Φυσική Υψηλών Ενεργειών : ακρωνύμιο του «High Energy Physics»
___hierarchy problem -> το πρόβλημα της ιεραρχίας
___impact parameter -> παράμετρος κρούσης
___intermediate vector bosons -> ενδιάμεσα διανυσματικά μποζόνια : είναι οι φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης, W± και Ζ. Ο όρος «μποζόνιο» αναφέρεται στο γεγονός πως έχουν ακέραιο spin και o όρος «διανυσματικά» στο ότι το spin τους είναι ίσο με 1. Ο προσδιορισμός «ενδιάμεσα» πιθανότατα αναφέρεται στο γεγονός πως παρεμβάλλονται ως μια ενδιάμεση κατάσταση στις διασπάσεις β, αλλά δεν κατάφερα να το επιβεβαιώσω αυτό κάπου πέραν του Griffiths.
—→internal symmetry -> εσωτερική συμμετρία
___invariant mass -> αναλλοίωτη μάζα : ορίζεται μέσω της σχέσεως (Μc2)2 = (∑Ei)2-(∑pic)2, όπου Μ η αναλλοίωτη μάζα ενός συστήματος και Ei, pi οι ενέργειες και οι ορμές των σωματιδίων που το αποτελούν. Για ένα σωματίδιο βλέπουμε πως το Μ ταυτίζεται με τη μάζα ηρεμίας του σωματιδίου. Παρατηρούμε επίσης πως η ποσότητα είναι γενικά μη μηδενική στη περίπτωση δύο σωματιδίων, ακόμα και εάν αυτά έχουν μηδενική μάζα ηρεμίας (πχ αναλλοίωτη μάζα δύο φωτονίων). Αν θέλουμε να μάθουμε τη μάζα m ενός στοιχειώδους σωματιδίου, μπορούμε να μελετήσουμε τη διάσπαση του προς συγκεκριμένα προϊόντα, κατασκευάζοντας τη κατανομή της αναλλοίωτης μάζας των δύο αυτών προϊόντων. Εάν βρισκόμαστε στην κατάλληλη ενεργειακή περιοχή θα είναι γενικά δυνατόν να παρατηρήσουμε ένα πλεόνασμα γεγονότων στη κατανομή (μια κορύφωση σε σχέση με το υπόβαθρο) στη περιοχή της μάζας ηρεμίας του σωματιδίου.
___isospin -> ισοσπίν 
___jet -> πίδακας : κατά τις συγκρούσεις αδρονίων, κάποιο κουάρκ (ή κάποιο γλουόνιο) μπορεί να σκεδαστεί και να αναγκαστεί να απομακρυνθεί από το αδρόνιο που το περιείχε. Αυτό μάλιστα το κουάρκ, λόγω της απότομης επιτάχυνσης του, θα εκπέμψει και μία σειρά από γλουόνια. Όμως, εξαιτίας της φύσης της ισχυρής δύναμης, η όλη διαδικασία θα καταλήξει τελικά σε μία ομάδα από αδρόνια τα οποία θα κινούνται σχεδόν προς την ίδια κατεύθυνση και αυτό είναι που ονομάζουμε πίδακα. Δείτε περισσότερα εδώ και εδώ.
___Kaons -> Καόνια ή Κ μεσόνια
___lepton flavor -> λεπτονική γεύση
___LHC -> Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων : ακρωνύμιο του «Large Hadron Collider». 
___luminosity, instantaneous ~ -> φωτεινότητα, στιγμιαία ~ : αυτή είναι μία από τις σημαντικότερες παραμέτρους σε έναν επιταχυντή σωματιδίων. Αποτελεί την σταθερά αναλογίας (L) μεταξύ του αριθμού των γεγονότων στη μονάδα του χρόνου (R) και της ενεργού διατομής (σ, δηλαδή είναι R=L*σ), και συνεπώς έχει μονάδες m-2s-1. Για πειράματα συγκρουόμενων δεσμών σε κυκλικούς επιταχυντές, στα οποία οι δέσμες (τα bunches στην περίπτωση του LHC) ακολουθούν τη γκαουσιανή κατανομή πυκνότητας στις κάθετες ως προς τις δέσμες κατευθύνσεις, η (στιγμιαία) φωτεινότητα δίνεται προσεγγιστικά από τον τύπο: L=N1 N2 f Nb/(4πσxσy) , όπου N1,2 είναι ο αριθμός των σωματιδίων σε κάθε πακέτων (bunch) της δέσμης, f η συχνότητα περιφοράς των πακέτων, Nb ο αριθμός των πακέτων και σx,y οι τυπικές αποκλίσεις της πυκνότητας τους. Το ολοκλήρωμα της ως προς τον χρόνο δίνει τη λεγόμενη integrated luminosity (ολοκληρωμένη φωτεινότητα). Περισσότερα μπορείτε να διαβάσετε εδώ.
___Mandelastam variables -> μεταβλητές Mandelstam 
___microscopic black hole -> μικροσκοπική μαύρη τρύπα
___missing transverse energy (ΜΕΤ) ->ελλείπουσα εγκάρσια ενέργεια: ορίζεται ως το μέτρο του διανυσματικού αθροίσματος των εγκάρσιων ορμών όλων των σωματιδίων που παρατηρούνται στον ανιχνευτή και αφήνουν το ίχνος τους στο καλορίμετρο – συχνά χρησιμοποιείται στη θέση του όρου «ελλείπουσα εγκάρσια ορμή». Στα πειράματα σύγκρουσης πρωτονίων υπάρχει ζήτημα με την εφαρμογή της αρχής διατήρησης της ορμής στον άξονα των συγκρουόμενων δεσμών λόγω της εσωτερικής δομής των πρωτονίων από παρτόνια με άγνωστες ορμές και γι’ αυτό οι ερευνητές εξετάζουν μόνο τις προβολές των ορμών στο εγκάρσιο προς τις δέσμες επίπεδο. Αυτός ο υπολογισμός είναι ιδιαίτερα χρήσιμος καθώς μη μηδενικό διανυσματικό άθροισμα υποδηλώνει την ύπαρξη κάποιου σωματιδίου το οποίο διέφυγε από τον ανιχνευτή χωρίς να εναποθέσει ενέργεια στο καλορίμετρο. Κλασικό παράδειγμα τέτοιας περίπτωσης είναι η δημιουργία νετρίνων από διαδικασίες ασθενούς αλληλεπίδρασης. Με αυτή τη διαδικασία υπάρχει δυνατότητα να «παρατηρήσουμε» άγνωστα ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια όπως το ελαφρύτερο υπερσυμμετρικό σωματίδιο LSP ή κάποιο άλλο σωματίδιο σκοτεινής ύλης.
—→MSSM -> Ελάχιστη Υπερσυμμετρική Επέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου
___muon -> μιόνιο ή μυόνιο : είναι ένα από τα τρία στοιχειώδη λεπτόνια μαζί με το ηλεκτρόνιο και το ταυ. Προέρχεται από το γράμμα μ (μι ή μυ) του ελληνικού αλφαβήτου.
___naturalness problem -> το Πρόβλημα της Φυσικότητας
—→neutralino -> νετραλίνο
___neutrino -> νετρίνο : τα νετρίνα είναι στοιχειώδη σωματίδια με μηδαμινή μάζα που ανήκουν στον κλάδο των λεπτονίων. Χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες (γενεές): νετρίνο του ηλεκτρονίου, νετρίνο του μιονίου και νετρίνο του ταυ (ή ταυ νετρίνο).
___Noether’s theorem -> θεώρημα της Noether
—→observables -> μετρήσιμα μεγέθη
___parameter space -> παραμετρικός χώρος
___parity -> ισοτιμία ή ομοτιμία : ο μετασχηματισμός ομοτιμίας προκαλεί αναστροφή των χωρικών συντεταγμένων (στον τρισδιάστατο κόσμο). Εάν εφαρμοστεί δύο φορές σε ένα σύστημα τότε το σύστημα επανέρχεται στην ίδια κατάσταση και επομένως ο τελεστής ομοτιμίας έχει ιδιοτιμές ±1. Η ομοτιμία αποτελεί συμμετρία για τις ισχυρές και τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις αλλά όχι για τις ασθενείς. Ο όρος προέρχεται από το λατινικό par που σημαίνει ισότητα και έτσι σωστότερη μετάφραση φαίνεται να είναι η πρώτη (ισοτιμία). Παρ’ όλα αυτά, έχω την εντύπωση πως συναντάται πιο συχνά ως ομοτιμία.
___parton distribution function -> συνάρτηση κατανομής παρτονίων
___perturbation theory -> θεωρία διαταραχών
___phase space -> χώρος των φάσεων ή φασικός χώρος
___photomultiplier -> φωτοπολλαπλασιαστής 
___pseudorapidity -> ψευδοωκύτητα : στα πειράματα επιταχυντών, η διεύθυνση των σωματιδίων που φτάνουν στον ανιχνευτή μπορεί προσδιοριστεί μονοσήμαντα από την γωνία θ που σχηματίζει η πορεία τους ως προς τη διεύθυνση των δεσμών (τιμές από 0 έως π) και τη γωνία φ στο εγκάρσιο προς της δέσμες επίπεδο (από 0 έως 2π). Όμως, κατά την ανάλυση των δεδομένων από τους ανιχνευτές, υπάρχει συχνά η ανάγκη να γίνει αλλαγή συστήματος αναφοράς και να περάσουμε σε σύστημα που κινείται μια ταχύτητα κατά τη διεύθυνση των δεσμών (κάνουμε, δηλαδή, μία προώθηση Lorentz κατά μήκος των δεσμών), λόγω της διαφοράς ορμών μεταξύ των συστατικών των πρωτονίων. Η διαφορά των φ δύο σωματιδίων είναι αναλλοίωτη ως προς της προωθήσεις αυτές, αλλά η διαφορά των θ δεν είναι. Εάν θέλουμε να έχουμε μία ποσότητα στη θέση της θ που να είναι αναλλοίωτη (θ2′-θ1’=θ2-θ1), μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την ωκύτητα (rapidity) y η οποία είναι συνάρτηση της ενέργειας και της διαμήκους ορμής των σωματιδίων (και όχι της ορμής, όπως στην ειδική σχετικότητα). Παρ’ όλα αυτά, η δυσκολία στον υπολογισμό της μας οδηγεί στο να χρησιμοποιήσουμε την ψευδοωκύτητα που ορίζεται μέσω της σχέσεως η=-ln(tan(θ/2)), και η οποία ταυτίζεται με την ωκύτητα στο όριο των υψηλών ενεργειών. Για περισσότερες πληροφορίες δείτε εδώ και εδώ.
___QFT -> Η Κβαντική Θεωρία Πεδίου (ΚΘΠ) : είναι το θεωρητικό πλαίσιο των μοντέλων που περιγράφουν τα στοιχειώδη σωμάτια. Μία κβαντική θεωρία πεδίου είναι ένα συγκεκριμένο σύνολο εξισώσεων στο πλαίσιο της ΚΘΠ.
___quantum loop -> κβαντικός βρόχος
___quark -> κουάρκ : στη φύση υπάρχουν 6 κουάρκ (up, down, charm, strange, top, bottom) και το καθένα από αυτά έχει το αντίστοιχο του αντισωμάτιο. Υπάρχουν γενικά μεταφράσεις των κουάρκ (πάνω/άνω , κάτω , γοητευτικό/χαριτομένο, παράξενο/παράδοξο, κορυφαίο, πυθμενικό), αλλά έχω την εντύπωση πως χρησιμοποιούνται σπάνια.      
___quark-gluon plasma -> πλάσμα κουάρκ-γλουονίων
—→reconstructed mass -> ανακατασκευασμένη μάζα
___resonance -> συντονισμός :
στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων συντονισμός αποκαλείται η δημιουργία μίας βραχύβιας κατάστασης που έχει ως αποτέλεσμα τη παρατήρηση μιας κορύφωσης στην ενεργό διατομή για τη σκέδαση δύο σωματιδίων, όταν αυτή παρουσιάζεται ως συνάρτηση της ενέργειας των σωματιδίων.
—→runs -> περίοδοι λειτουργίας
___scintillator -> σπινθηριστής
___signature -> υπογραφή 
: το αποτύπωμα που αφήνει μία αντίδραση στον ανιχνευτή και το οποίο μας επιτρέπει να την αναγνωρίσουμε.
___SM -> ΚΠ (Καθιερωμένο Πρότυπο) :  το σύνολο των εξισώσεων που περιγράφει τα στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους (πλην της βαρύτητας).
___spin -> σπιν
—→spontaneous symmetry breaking -> αυθόρμητο σπάσιμο συμμετρίας
___state -> κατάσταση
___String Theory -> Θεωρία Χορδών
—→super-partner -> υπερσυμμετρικός παρτενέρ
___supersymmetric edge -> υπερσυμμετρική αιχμή
___SUSY ->  Υπερσυμμετρία,
είναι συντομογραφία (ή αν θέλετε, «υποκοριστικό») του SUperSYmmetry.
___synchrotron -> σύγχροτρον :
τύπος κυκλικού επιταχυντή που χρησιμοποιεί ρυθμιζόμενο (χρονοεξαρτώμενο) μαγνητικό πεδίο για να σταθεροποιεί την τροχιά των σωματιδίων καθώς αυτά επιταχύνονται και αυξάνουν ενέργεια.
—→thermalization -> επίτευξη θερμικής ισορροπίας
—→time projection chamber -> θάλαμος χρονικής προβολής 
___trigger system -> σύστημα σκανδαλισμού
—→two higgs doublet models -> μοντέλα δύο διπλετών Higgs
—→unitarity bound -> μοναδιακό όριο
—→vacuum fluctuations -> κβαντικές διακυμάνσεις κενού
___vertex -> κορυφή :
ο όρος αυτός αναφέρεται συχνά στο σημείο του χώρου όπου συμβαίνει μία αλληλεπίδραση. Μπορεί να βρεθεί από την ανακατασκευή των τροχιών των σωματιδίων που φτάνουν στον ανιχνευτή.
___virtual particle -> δυνητικό σωματίδιο :
είναι οντότητες οι οποίες προκύπτουν στις κβαντικές θεωρίες πεδίου και οι οποίες αποτελούν διαταραχές στα πεδία. Τα «σωματίδια» αυτά δεν μπορούμε να τα παρατηρήσουμε, ενώ επίσης δεν ισχύει για αυτά η σχέση M^2=E^2 -|p|^2. Συχνά μεταφράζεται και ως εικονικό σωματίδιο.
___weak neutral currents -> ασθενή ουδέτερα ρεύματα
___wire chamber -> συρματικός θάλαμος

 

Όροι προς μετάφραση :

anyon
axigluon
b-tagging
bag model
collider -> κάτι πιο εύηχο από τα συγκρουστήρας και συγκρουστής ;
combined likelihood fitting
forward jet -> πρόσω πίδακας ;
ghost muon
global fits
hadronization -> αδρονιοποίηση ή αδρονοποίηση ; (νομίζω το πρώτο είναι το σωστό)
hidden sector
jet energy scale, residual ~
kinematic selection
kinetic mixing term
on/off shell
preprint
seesaw mechanism
solitons
vector boson fusion

Posted in Γενικά | Σχολιάστε

Νέα αποτελέσματα από το CMS

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο CERN της Γενεύης βρίσκεται ακόμα υπό αναβάθμιση και μετά το πέρας των τελικών βελτιώσεων θα είναι σε θέση να επαναλειτουργήσει του χρόνου σε ενέργειες κέντρου μάζας 13 TeV – πάνω από 60% μεγαλύτερες σε σχέση με τη προηγούμενη περίοδο λειτουργίας του στα 8 TeV. Οι κοινοπραξίες ATLAS και CMS δεν έχουν συλλέξει τα τελευταία δύο χρόνια νέα δεδομένα συγκρούσεων πρωτονίου-πρωτονίου, όμως τα δεδομένα του 2012 τους κρατάνε ακόμα απασχολημένους, αφού δημοσιεύουν διαρκώς νέα αποτελέσματα από την ανάλυση αυτών.

Αντί να εστιάσω εδώ σε ένα από αυτά τα αποτελέσματα, θα κάνω μία σύνοψη των πιο πρόσφατων δημοσιεύσεων από το CMS. Σε μία από τις επόμενες αναρτήσεις θα κάνω κάτι αντίστοιχο και για τις δημοσιεύσεις από το ATLAS.

Μία πολύ ενδιαφέρουσα νέα μέτρηση – αν και έχει παραχθεί χρησιμοποιώντας δεδομένα μόνο από το 2011, δηλαδή σε ενέργειες  7 TeV – είναι αυτή της σταθεράς σύζευξης της ισχυρής αλληλεπίδρασης, α. Για την ακρίβεια, το αs δεν είναι μία σταθερά, αλλά ένας αριθμός ο οποίος εξαρτάται από την ενέργεια στην οποία λαμβάνουν χώρα οι διαδικασίες κβαντικής χρωμοδυναμικής. Η σταθερά σύζευξης αυτή, υποδηλώνει την ισχύ της αλληλεπίδρασης μεταξύ κουάρκ και γλουονίων, και η μέτρηση της δεν είναι καθόλου εύκολη υπόθεση. Το πρόσφατο preprint του CMS αναφέρεται στον προσδιορισμό των συναρτήσεων κατανομής παρτονίων στα πρωτόνια μέσω της μέτρησης ολικών ενεργών διατομών πιδάκων (inclusive jet cross sections), και εν συνεχεία χρησιμοποιεί τα ίδια δεδομένα για να προσδιορίσει το αs  σε ενεργειακά υψηλές περιοχές – βασικά, σε υψηλές τιμές της μεταφοράς τετραορμής, Q, η οποία και είναι η ποσότητα από την οποία εξαρτάται άμεσα η σύζευξη.


Στο διάγραμμα συμπεριλαμβάνονται και ένα πλήθος προηγούμενων μετρήσεων (μερικές είναι επίσης από το CMS), μαζί με τα πρόσφατα πειραματικά σημεία του CMS (τα μαύρα σημεία στις υψηλές τιμές του Q). Η μέτρηση που εξάγεται από τα δεδομένα στις υψηλές τιμές του Q είναι αs(M_Z) = 0.1185+-0.0019 +0.0053-0.0024, όπου η πρώτη αβεβαιότητα είναι στατιστική και η δεύτερη, η οποία είναι ασύμμετρη, οφείλεται σε θεωρητικές αβεβαιότητες. Η τιμή δίνεται στην ενεργειακή περιοχή της μάζας του μποζονίου Ζ, όπως και συνηθίζεται. Η κίτρινη ζώνη στο παραπάνω διάγραμμα αντιστοιχεί σε θεωρητικές προβλέψεις δεδομένου αυτού του αποτελέσματος από το CMS.

Ένα άλλο preprint από το CMS παρουσιάζει τα αποτελέσματα ερευνών για σπάνιες διασπάσεις του μποζονίου Higgs σε ζεύγη μιονίων και ηλεκτρονίων. Μολονότι η πρώτη εκ των δύο θα ανιχνευθεί εν τέλει από τον LHC με τη συλλογή περισσότερων δεδομένων, η δεύτερη πιθανότατα δεν θα ανιχνευθεί ποτέ άμεσα. Αυτό προκύπτει από το γεγονός πως το μποζόνιο Higgs «συζεύγνυται» με τα ηλεκτρόνια και τα μποζόνια με τρόπο ανάλογο της μάζας τους – και το μιόνιο είναι 200 φορές βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο. Παρακάτω μπορείτε να δείτε την κατανομή μάζας των ζευγών μιονίων σε μία από τις search topologies που ερευνήθηκαν από το CMS.

To υποθετικό σχήμα σήματος στο κατώτερο μέρος του άνω διαγράμματος κοντά στα 125 GeV είναι αυτό που θα περίμενε να δει κανείς εάν το μποζόνιο Higgs αποσυντίθετο 20 φορές συχνότερα προς μιόνια από ό,τι προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο. Το κατώτερο διάγραμμα στην παραπάνω εικόνα δείχνει τις αποκλίσεις των δεδομένων από το μοντέλο υποβάθρου. Από την απουσία σήματος συνάγεται ένα ανώτατο όριο 0.0016 στο ποσοστό διάσπασης (branching fraction) – το οποίο σημαίνει πως λιγότερο από ένα στα 600 μποζόνια Higgs διασπάται σε ζεύγη μιονίων.

Τέλος, σε ένα preprint που υποβλήθηκε πριν από τέσσερις ημέρες, το CMS εκθέτει τα αποτελέσματα μετρήσεων σκέδασης διανυσματικών μποζονίων μέσω ηλεκτρασθενών διαδικασιών. Η υπογραφή που ερευνήθηκε είναι μία η οποία αποτελείται από same-sign dileptons τα οποία συνοδεύονται από δύο πίδακες με μεγάλη rapidity separation (Δη>2.5) και με αναλλοίωτη μάζα μεγαλύτερη των 500 GeV. Αυτό σημαίνει πως τα δύο μποζόνια παράγονται μαζί με δύο «forward πίδακες» οι οποίοι προκύπτουν από την αδρονιοποίηση των κουάρκ που εξέπεμψαν τα αλληλεπιδρώντα μποζόνια. Εστιάζοντας σε λεπτονικά ζεύγη ίδιου προσήμου καταφέρνουμε να ελαττώσουμε σημαντικά το υπόβαθρο.

Όπως μπορείτε να δείτε από το παραπάνω διάγραμμα, τα δεδομένα (μαύρα σημεία) ακολουθούν την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου (κόκκινο ιστόγραμμα), ενώ, αντίθετα, οι ανώμαλες συζεύξεις θα αύξαναν αισθητά τον αριθμό των ζευγών λεπτονίων στις υψηλές αναλλοίωτες μάζες (μπλε και ροζ ιστογράμματα). Η ενεργός διατομή της σκέδασης διανυσματικών μποζονίων που δίνει ζεύγη WWjj ίδιου προσήμου μετρήθηκε από το CMS να είναι σ(WWjj)=4.0+2.4-2.0(στατ.) +1.1-1.0(συστ.) femtobarns. Από τη συμφωνία με τις προβλέψεις του ΚΠ, τίθενται όρια στις διάφορες ανώμαλες συζεύξεις.

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/new_cms_results-147752
27 Οκτωβρίου 2014

Βάζω εδώ και το βίντεο μιας ωραίας διάλεξης που είδα τις προάλλες σχετικά με τις έρευνες στον LHC. Στο 36:21 αναφέρεται στο πλάνο των αναβαθμίσεων του LHC και από το 45:50 αναφέρεται περιληπτικά στις έρευνες για υπερσυμμετρία, σκοτεινή ύλη και επιπλέον διαστάσεις.

Posted in LHC | Tagged , | 1 σχόλιο

Ψυχρή Σύντηξη: Μία καλύτερη μελέτη του περιβόητου E-Cat

Θυμάται κανείς το E-Cat; Αυτή είναι μια συντομογραφία του «Energy Catalyzer», της συσκευής που εφηύρε ο Ιταλός, κάτοχος πτυχίου φιλοσοφίας, Αντρέα Ρόσι. Το E-Cat υποτίθεται πως παράγει πυρηνική ενέργεια μέσω της θέρμανσης μιας «μυστικής» σκόνης, η οποία αποτελείται από νικέλιο, υδρογόνο, λίθιο και κάποια άλλα πρόσθετα. Ένα νέο κεφάλαιο προστέθηκε στην όλη ιστορία αυτή την εβδομάδα, με τη δημοσίευση μιας νέας μελέτης της συσκευής από μία ανεξάρτητη, κατά τους ισχυρισμούς τους, ομάδα Ιταλών και Σουηδών ερευνητών.

Η δημοσίευση, με τίτλο «Παρατήρηση άφθονης παραγωγής ενέργειας από αντιδραστήρα και ισοτοπικών αλλαγών στο καύσιμο«, ακολουθεί το μοτίβο μιας προηγούμενης ανάλυσης. Μάλιστα, οι ερευνητές που έλαβαν μέρος σε αυτήν την έρευνα είναι εν πολλοίς οι ίδιοι με παλαιότερα – υπάρχει μόνο η προσθήκη του Torbjorn Hartman. Πιο συγκεκριμένα, η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για να μετρηθεί η εκλυόμενη ισχύς από τον αντιδραστήρα είναι η ίδια και βασίζεται σε θερμικές κάμερες.

Η πιο σημαντική προσθήκη σε σχέση με τις προηγούμενες μελέτες είναι πως εδώ το αντιδρών (η ουσία, δηλαδή, που υπάρχει εντός της συσκευής, η οποία θερμαίνεται από πηνία αντίστασης και η οποία, κατά τα λεγόμενα του Ρόσι, δίνει το πλεόνασμα θερμικής ενέργειας) μελετάται για ισοτοπικές αλλαγές έπειτα από μία περίοδο 30 ημερών αδιάκοπης λειτουργίας. Άλλη μία βελτίωση είναι η προσεκτική παρακολούθηση της ιονίζουσας ακτινοβολίας που εκπέμπει η συσκευή, χρησιμοποιώντας διάφορους ανεξάρτητους ανιχνευτές.

Άλλη μία βελτίωση σε αυτήν τη μελέτη είναι η ανάλυση της επικάλυψης της συσκευής, μιας και θα μπορούσε να υποψιαστεί κανείς πως αποτελείται από κάποιο ιδιαίτερο υλικό. Το υλικό τελικά είναι το οξείδιο του αργιλίου, και κατά συνέπεια η εξήγηση για το πλεόνασμα ενέργειας θα πρέπει να βρίσκεται κάπου αλλού. Επιπλέον, παρακολουθείται μια συνιστώσα συνεχούς ρεύματος της εφαρμοζόμενης ηλεκτρικής ισχύος και βρίσκεται να είναι αμελητέα. Αυτό πιθανότατα γίνεται για να δοθεί απάντηση σε παλαιότερες κριτικές που μιλούσαν για κάποιο τρικ στη συνδεσμολογία της συσκευής το οποίο επέτρεπε να τροφοδοτείται η συσκευή με περισσότερη ισχύ από το καλώδιο γείωσης (ground wire).

Όμως, παρά όλες τις παραπάνω βελτιώσεις, η μελέτη προδίδει ένα από τα σημαντικότερα κενά της ήδη από την 7η σελίδα, όπου γίνεται ξεκάθαρο πως ο εφευρέτης έλαβε μέρος στις πείραμα:

«Ο Ρόσι παρενέβη για να κλείσει τον «εικονικό αντιδραστήρα» (dummy reactor- έτσι αποκαλούν τον αντιδραστήρα χωρίς το αντιδρών, τον οποίον χρησιμοποίησαν για καλιμπράρισμα), καθώς και στις μετέπειτα ενέργειες πάνω στο E-Cat: εισαγωγή της σκόνης, έναρξη λειτουργίας του αντιδραστήρα, κλείσιμο του αντιδραστήρα και εξαγωγή της σκόνης.»

Αυτό σημαίνει πως μέρος του πειράματος έγινε υπό τη φυσική παρουσία του Ρόσι και μάλιστα στις κρίσιμες φάσεις του. Εδώ ταιριάζει νομίζω η διάσημη φράση του Feynman: «I believe a scientist dealing with non-scientific issues is as dumb as the next guy». Θέλω να πω για τους συντάκτες της έρευνας, πως, παρά τα όποια βιογραφικά και την επιστημονική τους αναγνώριση, είναι πολύ πιθανόν να τους ξέφυγε κάποιο απλό τέχνασμα. Η απολύτως απαραίτητη προϋπόθεση για μία ανεξάρτητη έρευνα είναι η πλήρης απουσία από τη πειραματική διαδικασία της πλευράς που έχει κάποιο συμφέρον. Συνεπώς νομίζω πως είναι χάσιμο χρόνου να διαβάσει κανείς το υπόλοιπο μέρος από τις 53 σελίδες της ανάλυσης.

Κάθισα όμως για σας και το διάβασα, και θα συνοψίσω εδώ τα κυριότερα σημεία: Πρώτα απ’ όλα, η παραγόμενη θερμότητα που μετριέται από θερμικές κάμερες έχει καλιμπραριστεί από τον εικονικό αντιδραστήρα, στον οποίον εφαρμόζεται μία ισχύς εισόδου (η οποία είναι μικρότερη από αυτήν που εφαρμόστηκε στον αντιδραστήρα όταν τέθηκε σε πλήρη λειτουργία -φοβόντουσαν οι ερευνητές μήπως προκαλέσουν ζημιά στα πηνία ?!). Η κύρια μέτρηση του E-cat σε λειτουργία έχει πραγματοποιηθεί σε δύο διαφορετικά σημεία για 32 ημέρες. Το αποτέλεσμα είναι πως η παραγόμενη ισχύς είναι κατά πολύ μεγαλύτερη (κατά έναν παράγοντα 3.5) της εισαγόμενης, και η διαφορά αυτή δεν μπορεί να αποδοθεί σε χημικές αντιδράσεις – η μάζα του αντιδρώντος είναι πολύ μικρή για τόσο μεγάλη παραγωγή ισχύος. Κατά τα λεγόμενα τους, η συνολική παραγόμενη ισχύς σε 32 ημέρες λειτουργίας της συσκευής είναι 5.8 MJoules, με παραγωγή 2 εκατομμυρίων Watt ανά χιλιόγραμμο αντιδρώσας ουσίας.

Ένα δεύτερο σημείο είναι πως δεν ανιχνεύτηκε ακτινοβολία να εξέρχεται της συσκευής. Έτσι, λοιπόν, καλούμαστε να πιστέψουμε πως όχι μόνο έχουν γίνει πυρηνικές αντιδράσεις εντός του αντιδραστήρα, χωρίς να υπάρχει κάποιος γνωστός φυσικός μηχανισμός που να επιτρέπει κάτι τέτοιο, αλλά και πως αυτές οι μυστηριώδεις πυρηνικές διαδικασίες περιλαμβάνουν μόνο εκπομπή θερμότητας και καθόλου ακτίνες Χ, γ ή νετρόνια.

Στη συνέχεια, η ανάλυση του ισοτοπικού περιεχομένου μερικών κόκκων αντιδρώντος περιγράφεται κάπως συνοπτικά στο κυρίως κείμενο, αλλά με πολλές λεπτομέρειες σε ένα παράρτημα. Περιληπτικά, η ανάλυση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης έδειξε πως η «στάχτη» που συλλέχθηκε από το υλικό μετά την αντίδραση, είχε αντίστροφο πληθυσμό στα ισότοπα λιθίου και νικελίου: η αφθονία σε λίθιο-7 έπεσε από το 92% στο 8% (με το λίθιο-6 να αυξάνεται από το 8% στο 92%) κι η αφθονία σε νικέλιο-62 αυξήθηκε από το 4% στο 99%. Αυτό το αποτέλεσμα είναι πράγματι εντυπωσιακό και φαίνεται μάλιστα πως επιβεβαιώνεται και από μία ανεξάρτητη ανάλυση χρησιμοποιώντας τεχνική βασισμένη στη φασματοσκοπία μάζας.

Συμπερασματικά, η μελέτη φαίνεται να αντιμετωπίζει πολλές από τις ελλείψεις που είχε η προηγούμενη δημοσίευση, εκτός από το γεγονότος πως η αντιδρώσα ουσία εισήχθη και εξήχθη από τον ίδιον τον Ρόσι! Δεδομένης, λοιπόν, της απίθανης φύσης του ισχυρισμού του, δηλαδή της ύπαρξης ενός φτηνού τρόπου να εξαχθεί ενέργεια από συνήθη υλικά, μέσω μιας άγνωστης φυσικής διαδικασίας, για μένα αυτή η παρέμβαση του Ρόσι αποτελεί ένα τεράστιο πρόβλημα για την ανάλυση και ακυρώνει πλήρως τα όποια συμπεράσματα θα μπορούσε να εξάγει κανείς χρησιμοποιώντας απλά και μόνο τα δεδομένα της μελέτης. Θα ήταν σαν να σας ζητούσα να πιστέψετε πως τοποθετώντας ένα δολάριο σε ένα ειδικό πλυντήριο ρούχων και αφού το αφήσω εκεί για μισή ώρα μαζί με κάποιο ειδικό απορρυπαντικό, στο τέλος καταφέρνω και παίρνω πίσω ένα πεντακοσάευρω. Θα μπορείτε να παρακολουθείτε τη συσκευή όσο βρίσκεται σε λειτουργία, αλλά εγώ θα είμαι αυτός που θα ανοίξει το πορτάκι και θα βγάλει έξω το χαρτονόμισμα μόλις τελειώσει η μαγική αυτή μετατροπή. Αμφιβάλω πολύ εάν θα το δεχόταν κανείς.

Δυστυχώς, θεωρώ πως τα προβλήματα της ανθρωπότητας δεν πρόκειται να αντιμετωπιστούν με μαγικά τεχνάσματα. Οι φυσικές επιστήμες χαρακτηρίζονται συχνά ως δύσκολες (hard science) όχι μόνον επειδή είναι δύσκολο να τις μελετήσει κανείς και να συμβάλει στην περαιτέρω κατανόηση της φύσης· είναι δύσκολες γιατί, εκτός αυτών, δεν προσφέρουν έτσι απλόχερα τα δώρα τους.

Ενημέρωση: Μπορεί να βρει κανείς εδώ μία πολύ πιο ολοκληρωμένη εξέταση του όλου θέματος, με συνδέσμους προς αρκετό επιπλέον υλικό το οποίο συστήνω να κοιτάξουν όσοι αναγνώστες πιστεύουν ακόμη ότι το E-Cat θα μπορούσε πράγματι να δουλεύει.

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/cold_fusion_a_better_study_on_the_infamous_ecat-146700
11 Οκτωβρίου 2014

Μπορείτε να διαβάσετε ακόμη μία ανάλυση της δημοσίευσης σε παρόμοιο μήκος κύματος εδώ.

Για μια ιστορική αναδρομή στο σίριαλ με το E-cat μπορείτε να δείτε τα παρακάτω:

Ψυχρή σύντηξη υδρογόνου-νικελίου; 2/3/2011
Σύντηξη υδρογόνου-νικελίου;;; 5/3/2011
Οι κυνηγοί της ψυχρής σύντηξης…στην Ελλάδα 20/11/2011
Έχω πάρει απ’ όλες τις θεωρίες και έφτιαξα μια δική μου 2/12/2012 (εντάξει αυτό δεν κολλάει και πολύ, αλλά δεν μπορούσα να αντισταθώ…)

Posted in Γενικά | Σχολιάστε

Η ζωή μετά τo Higgs στα 125 GeV: Τι έχει μείνει από τα μοντέλα δύο διπλετών Higgs

Μόλις διάβασα τη νέα δημοσίευση στο arxiv από τον συνάδελφό μου στο INFN, Massimo Passera και τους συνεργάτες του, με τίτλο «Περιορίζοντας τα μοντέλα δύο διπλετών Higgs«, και σκέφτηκα να σας εξηγήσω εδώ για ποιον λόγο τη θεωρώ πολύ ενδιαφέρουσα, αλλά και να αναφερθώ στα συμπεράσματα τους.

Πρώτα απ’ όλα, όμως, τι είναι αυτά τα μοντέλα δύο διπλετών Higgs και γιατί να ασχοληθεί κανείς μαζί τους; Θα θεωρήσω, για αρχή, δεδομένο πως γνωρίζετε ότι πριν από δύο χρόνια ανακαλύψαμε μέσω των CMS και ATLAS, των δύο γιγαντιαίων πειραμάτων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN, ένα νέο σωματίδιο. Το σωματίδιο αυτό προσπαθήσαμε για αρκετό καιρό να μην το αποκαλούμε «μποζόνιο Higgs» (μάλιστα, τα πρώτα papers έκαναν λόγο για την ανακάλυψη ενός μποζονίου «κατά τις έρευνες για το μποζόνιο Higgs»), αλλά πλέον δεν υπάρχει κανένας λόγος για αυτό.

Το σωματίδιο Higgs είχε προταθεί πριν από περίπου 50 χρόνια από μερικούς θεωρητικούς φυσικούς με στόχο να δοθεί λύση σε μία σειρά από προβλήματα. Τα ευρήματα του CERN το 2012 συμφωνούσαν από την πρώτη στιγμή αρκετά καλά με τις προβλέψεις, και πλέον είμαστε απόλυτα βέβαιοι πως πρόκειται για ένα μποζόνιο Higgs. Προσέξτε, όμως, «ένα» μποζόνιο Higgs, όχι «το» μποζόνιο Higgs. Υπάρχει σημαντική διαφορά ανάμεσα στα δύο.

Στην πραγματικότητα, η ύπαρξη του μποζονίου Higgs ήταν μία απαίτηση ενός απλού τρόπου να γίνει η θεωρία συνεπής σε μαθηματικό επίπεδο με φαινόμενα που πριν από 50 χρόνια ήταν υποθέσεις και που αργότερα επιβεβαιώθηκαν, όπως η ύπαρξη μποζονίων ασθενούς αλληλεπίδρασης με ιδιαίτερα μεγάλη μάζα (δηλαδή τα W και Z, τα οποία ανακαλύφθηκαν το 1983 από τον Rubbia στο πείραμα UA1). Αλλά αυτός δεν ήταν ο μοναδικός τρόπος: ήταν ο απλούστερος. Η απλότητα είναι μία ιδιαίτερα μεγάλης εκτίμησης ιδιότητα του φυσικού κόσμου, αλλά πιθανόν να υπάρχουν λόγοι για τους οποίους η Φύση να επέλεξε κάτι λίγο πιο σύνθετο.

Για την περιγραφή των ιδιοτήτων ενός φυσικού συστήματος, ακόμα και ενός μακροσκοπικού, οι φυσικοί χρησιμοποιούν μία συνάρτηση η οποία ονομάζεται «Λαγκρανζιανή» (από τον Ιταλό μαθηματικό Giuseppe Ludovico Lagrangia) και η οποία καθορίζει τη δυναμική του συστήματος. Η Λαγκρανζιανή λέει τα πάντα για τη συμπεριφορά του συστήματος, και επομένως είναι ένας πολύ συμπαγής και κομψός φορμαλισμός.

Στο καθιερωμένο πρότυπο, το μποζόνιο Higgs (το μοναδικό) είναι απόρροια ενός μηχανισμού σπασίματος της συμμετρίας, ο οποίος κατά έναν μαγικό τρόπο μετατρέπει την ωραία και συμμετρική Λαγκρανζιανή της ηλεκτρασθενούς θεωρίας, που μπορεί να περιλαμβάνει μία διπλέτα μιγαδικών βαθμωτών πεδίων (τέσσερις βαθμοί ελευθερίας), σε μία πιο άσχημη εκδοχή της, όπου το μοναδικό φυσικό σωμάτιο χωρίς spin (ένα «βαθμωτό» μποζόνιο) προκύπτει από τη διπλέτα. Οι τρεις εναπομείναντες βαθμοί ελευθερίας χρησιμοποιούνται ώστε να παραχθεί η μάζα των μποζονίων W και Ζ. Αυτό το μαγικό είναι φανταστικό, αλλά εάν ξεκινήσει κανείς με δύο διπλέτες από μιγαδικά βαθμωτά πεδία στην συνάρτηση (δίνοντας έτσι οκτώ βαθμούς ελευθερίας) ο μηχανισμός σπασίματος της συμμετρίας θα έδινε πέντε μποζόνια Higgs, αφού τα W και Ζ θα χρειάζονταν και πάλι μόνο τρεις βαθμούς ελευθερίας.

Τα μοντέλα δύο διπλετών Higgs (2DHM) είναι εμφανέστατα λιγότερο οικονομικά από το αντίστοιχο του καθιερωμένου προτύπου. Παρ’ όλα αυτά, θα μπορούσαν να δώσουν στη θεωρία επιπλέον χαρακτηριστικά, τα οποία και να οδηγήσουν στην επέκταση της σε κάτι ισχυρότερο. Για παράδειγμα, η Υπερσυμμετρία στις απλούστερες εκδοχές της είναι κι αυτή ένα μοντέλο δύο διπλετών Higgs: στην υπερσυμμετρία υπάρχουν πάντοτε τουλάχιστον πέντε μποζόνια Higgs. Όμως τα 2DHMs δεν περιορίζονται μόνο στην SUSY, και συνεπώς είναι ένας πιο γενικός φορμαλισμός, αρκετά χρήσιμος για να μελετηθεί λεπτομερώς.

Μέχρι τώρα αυτό που έχουμε βρει είναι ένα μποζόνιο Higgs στα 125 GeV. Είναι ουδέτερο, είναι βαθμωτό (μηδενικό spin), και συμπεριφέρεται όπως η μοναδική φυσική κατάσταση που αναδύεται από το σπάσιμο ενός μοντέλου με μόνο μία διπλέτα. Αλλά δεν υπάρχει κανένας λόγος να μην είναι αυτό το ένα από αυτά τα πέντε. Το paper του Passera και των συνεργατών του χρησιμοποιεί το δεδομένο εισόδου (πως υπάρχει δηλαδή ένα ελαφρύ ουδέτερο Higgs στα 125 GeV) και λαμβάνει υπόψιν όλες τις παρατηρήσιμες ιδιότητες της ηλεκτρασθενούς φαινομενολογίας – μετρηθείσες τιμές των ιδιοτήτων του Ζ, ανώμαλη μαγνητική ροπή μιονίου, παρατηρήσιμα μεγέθη της φυσικής των Β μεσονίων, άμεσοι περιορισμοί για την ύπαρξη άλλων καταστάσεων Higgs – με στόχο να βρουν ποια περιοχή του παραμετρικού χώρου των 2DHMs δεν έχει αποκλειστεί ακόμα άμεσα ή έμμεσα.

Το paper είναι πολύ τεχνικό οπότε θα σταματήσω εδώ και θα κάνω μία περίληψη των συμπερασμάτων τους. Μία πολύ σημαντική παρατήρηση είναι πως η απόκλιση που παρατηρήθηκε στη μαγνητική ροπή του μιονίου σε σχέση με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου, εάν εξεταστεί στο πλαίσιο των 2DHMs, δείχνει προς μία πολύ συγκεκριμένη κατεύθυνση: η απόκλιση, επιπέδου 3 σίγμα, μπορεί να εξηγηθεί εντός ενός συγκεκριμένου είδους μοντέλων δύο διπλετών, τα «τύπου X», ή «lepton-specific». Δε θα μπω σε λεπτομέρειες, αλλά αυτά είναι ένα υποσύνολο όλων των 2DHMs που θα μπορούσε να φανταστεί κανείς. Αυτά συμβιβάζουν την παρατηρούμενη ανωμαλία του μιονίου με τους περιορισμούς σε ένα συγκεκριμένο κανάλι διάσπασης του bottom κουάρκ που περιλαμβάνει s-quarks και φωτόνια. Έτσι, οι ερευνητές καταλήγουν στα εξής:

Ο παραμετρικός χώρος o οποίος ευνοείται από το muon g-2 στα μοντέλα τύπου X είναι σχετικά περιορισμένος όσον αφορά τα εύρη μαζών για το βαρύ ουδέτερο και το φορτισμένο βαθμωτό: M(H0),M(H+)<200 GeV (με χαμηλό MA και υψηλό tan(β)). Η ύπαρξη αυτών των μποζονίων μπορεί να ερευνηθεί στα προσεχή πειράματα του επιταχυντή, ακόμα και εάν αυτή η περιοχή παραμέτρων μπορεί να είναι φευγαλέα, διότι η παραγωγή των επιπλέον μποζονίων Higgs A, H, και H+ ελαττώνεται είτε από το 1/ tan^2 β (σε single productions, πχ μέσω gluon fusion), είτε από το cos(β-α) (σε associated productions των Vφ και hφ). Τα καλύτερα κανάλια, λοιπόν, για την έρευνα για επιπλέον μποζόνια θα είναι pair ή associated productions μέσω της pp -> HH,HA […]  η οποία θα ακολουθείται από [λεπτονικές διασπάσεις], και μπορεί να ερευνηθεί άμεσα στην επόμενη περίοδο λειτουργίας του LHC.

Αυτή είναι μία πολύ συγκεκριμένη πρόβλεψη και αξίζει νομίζω προσοχής. Φυσικά, τα ATLAS και CMS θα εξερευνήσουν αυτές τις τελικές καταστάσεις στη δεύτερη περίοδο λειτουργίας του LHC (Run2), η οποία θα ξεκινήσει μέσα στο 2015, αλλά αυτή η δημοσίευση προσδίδει ακόμα μεγαλύτερο ενδιαφέρον σε αυτές τις υπογραφές.

Τέλος, με χαροποίησε ιδιαίτερα το γεγονός πως, απ’ ό,τι βλέπω, συμπεριλαμβάνεται και το όνομα μου στις Ευχαριστίες της δημοσίευσης… Τους ευχαριστώ πολύ για αυτήν τη τιμή!

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/life_after_the_125_gev_higgs_what_is_left_of_twohiggs_doublet_models-144755
13 Σεπτεμβρίου 2014

Posted in Θεωρία, LHC | Tagged , , | Σχολιάστε

Το ATLAS δε βλέπει σκοτεινά φωτόνια σε νέα έρευνα

Ανάμεσα στις διάφορες επεκτάσεις του Καθιερωμένου Προτύπου (ΚΠ), υπάρχει και μία ενδιαφέρουσα κατηγορία μοντέλων, τα οποία συμπεριλαμβάνουν την ιδέα του «κρυμμένου τομέα» νέων σωματιδίων που συζεύγνυνται ασθενώς με τα αντίστοιχα του ΚΠ. Αυτά τα σωμάτια θα μπορούσαν να παραχθούν κατά τη διάσπαση σωματιδίων του ΚΠ με μεγάλη μάζα. Επίσης, θα ήταν αόρατα, αλλά ασταθή, και επομένως θα παρήγαγαν σύντομα σωμάτια του ΚΠ, δίνοντας χαρακτηριστικές πειραματικές υπογραφές τις οποίες και θα μπορούσαν να εντοπίσουν οι ανιχνευτές μας- εάν τις αναζητούσαμε αρκετά προσεκτικά.

Η όλη αυτή ιδέα του «κρυφού τομέα (hidden sector)» και των υπογραφών του θα σας είναι πιο οικεία εάν θυμάστε την ιστορία με το «ghost muon» (δείτε εδώ και ακολουθείστε τους συνδέσμους σε αυτή τη σελίδα για να διαβάσετε και τα άλλα τρία άρθρα της συγκεκριμένης συζήτησης), τη μέτρηση, δηλαδή, του CDF το 2008 η οποία παρουσίαζε ενδείξεις παρουσίας γεγονότων με πολλαπλά μιόνια σε στενούς πίδακες. Στην ανάλυση που είχε κάνει το CDF φαινόταν πως υπήρχε μεγάλο πλεόνασμα τέτοιων γεγονότων. Τα μιόνια, μάλιστα, σε αυτά τα γεγονότα φαίνονταν να έχουν πολύ υψηλή παράμετρο πρόσκρουσης (impact parameter) – αρκετά μεγαλύτερη από αυτή που έχουν τα συνηθισμένα μιόνια τα οποία παράγονται από διασπάσεις αδρονίων με μεγάλη διάρκεια ζωής, όπως τα μεσόνια Β και D (η παράμετρος πρόσκρουσης είναι η απόσταση μεταξύ της καμπύλης που διαγράφει το ένα σωματίδιο και του σημείου στο οποίο συμβαίνει η σκληρή κρούση (hard collision) ). Η μεγάλη παράμετρος κρούσης γινόταν να εξηγηθεί μόνο από τη διάσπαση εν κινήσει ενός σωματιδίου με υψηλό ποσοστό διάσπασης προς μιόνια.

Ξέρουμε όμως ποια ήταν η κατάληξη αυτής της ιστορίας: άλλα πειράματα δεν είδαν κάποιο παρόμοιο σήμα, και η επανεξέταση από το CDF ενός μεγαλύτερου συνόλου δεδομένων ανάγκασε την κοινοπραξία να αναδιπλωθεί μερικώς, ενώ και ένα μέρος του πλεονάσματος εξηγήθηκε – όχι όμως ολόκληρο. Έτσι, το μυστήριο με το πλεόνασμα γεγονότων, με μιόνια υψηλής παραμέτρου πρόσκρουσης, παρέμεινε έως έναν βαθμό άλυτο, αν και υπήρχε η πεποίθηση ανάμεσα σε πολλούς πως το πρόβλημα εντοπιζόταν στη διακριτική ικανότητα των θαλάμων ανίχνευσης μιονίων.

Στο ATLAS, όμως, έκαναν και πάλι έρευνες για λεπτονικούς πίδακες στα δεδομένα συγκρούσεων με ενέργεια κέντρου ορμής 8 TeV, με σκοπό να εξεταστούν διάφορα μοντέλα νέας φυσικής. Το τελευταίο τους αποτέλεσμα δημοσιεύτηκε εχθές στο Cornell preprint arxiv. Εκεί έψαξαν για μία σχετικά γενική υπογραφή πιδάκων που δημιουργείται από ένα ή δύο «σκοτεινά φωτόνια (dark photons)», το ουδέτερο μακρόβιο σωματίδιο με μάζα μερικών GeV το οποίο θα μπορούσε να διασπάται σε displaced ηλεκτρόνια, μιόνια, ή πιόνια. Οι ερευνητές δεν βρήκαν κάποιο πλεόνασμα στα δεδομένα τους σε σχέση με τις προβλέψεις του υποβάθρου και κατέληξαν σε δύο σύνολα αποτελεσμάτων για τον  επιτρεπτό παραμετρικό χώρο ενός μοντέλου που είχε προταθεί από τον έτερο blogger Adam Falkowski και τους συνεργάτες του. Το πρώτο είναι ένας αποκλεισμός του branching fraction του μποζονίου Higgs σε σκοτεινά φωτόνια σαν συνάρτηση του χρόνου ζωής των σκοτεινών φωτονίων. Το δεύτερο είναι ο αποκλεισμός μιας περιοχής του παραμετρικού χώρου ο οποίος παράγεται από τη μάζα του υποθετικού σκοτεινού φωτονίου και τον «kinetic mixing term» που θα το συνέδεε με το φωτόνιο.

Αυτό το τελευταίο φαίνεται στο παρακάτω γράφημα, το οποίο συνδυάζει την περιοχή που έχει αποκλειστεί από το ATLAS (όπου με διαφορετικά χρώματα έχουμε τα διαφορετικά, υποθετικά πάντα, branching fractions του Higgs σε δύο σκοτεινά φωτόνια συν οτιδήποτε) με ανεξάρτητα αποτελέσματα ερευνών που έχουν πραγματοποιηθεί από άλλα πειράματα. Η ευαίσθητη περιοχή δεν είναι μεγάλη, αλλά εδώ έχουμε μία log-log γραφική παράσταση, η οποία είναι πάντοτε παραπλανητική, όσον αφορά την εκτίμηση με το μάτι της σχετικής σημαντικότητας των διαφόρων πειραμάτων. Στον οριζόντιο άξονα έχουμε τη μάζα των σκοτεινών φωτονίων και στον κάθετο την mixing parameter η οποία εξετάζεται σε αυτές τις έρευνες.

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/the_graph_of_the_week_no_dark_photons_found_by_atlas_lepton_jets_search-144052
3 Σεπτεμβρίου 2014

Posted in LHC, Tevatron | Tagged , , , | Σχολιάστε

Πώς κατέληξε το Higgs να είναι ο στόχος του Run 2 στο Tevatron

Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 90, όταν και άρχισε η αναβάθμιση του επιταχυντή LEP με σκοπό να μελετηθούν οι συγκρούσεις ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου σε υψηλότερες ενέργειες από αυτές που ερευνούσαμε έως τότε (κοντά στη μάζα του Ζ), το μποζόνιο Higgs δεν αποτελούσε κυρίαρχο στόχο για τα πειράματα υψηλών ενεργειών. Ο λόγος για αυτό είναι πως η προβλεπόμενη ενεργός διατομή για το σωματίδιο Higgs ήταν απαγορευτικά μικρή για τις συγκριτικά χαμηλές φωτεινότητες που ήταν διαθέσιμες εκείνη την εποχή. Φυσικά, θα μπορούσε κανείς να ψάξει για έναν ανώμαλα υψηλό ρυθμό παραγωγής τελικών καταστάσεων οι οποίες διέθεταν τα χαρακτηριστικά μιας διάσπασης μποζονίου Higgs· αλλά τέτοιου είδους έρευνες είχαν περιορισμένη απήχηση.

Μία αρχική αξιολόγηση των πιθανοτήτων του CDF, να βρει το μποζόνιο Higgs στο Run 2, έγινε από τον Steve Kuhlmann, ο οποίος το 1995 μελέτησε το πως θα μπορούσε να βρεθεί σήμα Higgs σε διαδικασίες οι οποίες περιλαμβάνουν και μποζόνια W. Το μποζόνιο Higgs μπορεί να παραχθεί και μόνο του στις συγκρούσεις πρωτονίου-αντιπρωτονίου, όμως τότε είναι σχετικά δύσκολο να το ανιχνεύσει κανείς, διότι τις περισσότερες φορές η διάσπαση του δίνει ζεύγος από πίδακες b-κουάρκ. Τέτοια γεγονότα δύο πιδάκων χωρίς άλλα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, δεν μπορούν να συλλεχθούν από το σύστημα σκανδαλισμού (trigger system) όσο αποτελεσματικά χρειάζεται – για την ακρίβεια απέχουν πολύ από αυτό: οι jet triggers είναι προγραμματισμένοι έτσι ώστε μόνο ένα μικρό ποσοστό των γεγονότων πιδάκων να στέλνεται στο output stream.

Αντίθετα, η συνδυασμένη παραγωγή ενός σωματιδίου Higgs και ενός διανυσματικού μποζονίου (ενός W ή ενός Z), παρότι συμβαίνει σε ποσοστό δέκα φορές μικρότερο, προσφέρει πολύ καλύτερες συνθήκες για μια ευαίσθητη έρευνα στον Tevatron, μιας και η διάσπαση W ή Z σε ενεργητικά ηλεκτρόνια ή μιόνια δίνει μία άψογη triggering signature. Ο Kuhlmann είχε ερευνήσει πως θα μπορούσαν να ανακατασκευαστούν οι διασπάσεις Higgs σε ζεύγη πιδάκων b-κουάρκ, και είχε αρχίσει να μελετάει λεπτομερώς το πως οι διορθώσεις στη μετρούμενη ενέργεια των πιδάκων θα μπορούσαν να βελτιώσουν την ευκρίνεια στη μάζα δύο πιδάκων (dijet mass resolution), τονώνοντας έτσι την ευαισθησία στο σήμα. Από τα αποτελέσματα του προέκυπτε πως η ανακάλυψη του Higgs ήταν δυνατή, αν και θα απαιτούσε υψηλή φωτεινότητα – ένα Run 2, δηλαδή, μακράς διάρκειας.

Η έρευνα του Kuhlmann ήταν εν τέλει αποφασιστική για το μέλλον του CDF, από τη στιγμή που έγινε σαφές πως θα έπρεπε να επιδιωχθεί μία διευρυμένη περίοδος λειτουργίας υψηλής φωτεινότητας του Tevatron μετά το τέλος του Run 1 και την αναβάθμιση του επιταχυντή. Το Σεπτέμβριο του 1993 ο Υπεραγώγιμος Υπερεπιταχυντής συγκρουόμενων δεσμών (SSC) είχε ακυρωθεί οριστικά με την ψήφο του Κογκρέσου των Ηνωμένων Πολιτειών. Αυτός ο επιταχυντής υποσχόταν να ανακαλύψει το μποζόνιο Higgs και να βρει λύση στο αίνιγμα του σπασίματος συμμετρίας στην ηλεκτρασθενή θεωρία. Η κατάρρευση αυτού του σχεδίου ήταν ένα γερό χτύπημα για τη σωματιδιακή φυσική και άφησε ένα μεγάλο κενό στο πρόγραμμα των ΗΠΑ για τη φυσική υψηλών ενεργειών. Παρ’ όλα αυτά, ο διευθυντής του εργαστηρίου John Peoples δεν έκρυψε την έλλειψη ενδιαφέροντος για τις υψηλές ενέργειες· προτιμούσε μία ανάπτυξη στον τομέα της σωματιδιακής αστροφυσικής, μιας και θεωρούσε πως η κατεύθυνση όλων των προσπαθειών του εργαστηρίου προς μία πολύ σημαντική επένδυση στο Run 2 του Tevatron θα έθετε σε κίνδυνο τις προοπτικές του Fermilab σε βάθος χρόνου: θα ήταν ένα πολύ σημαντικό σχέδιο, αλλά δεν θα ταίριαζε καλά με τις άλλες ερευνητικές προσπάθειες που έπρεπε να κυνηγήσει το εργαστήριο.

Το πλάνο του Peoples ήταν να υπάρξει ένα Run 2 με αναβαθμισμένες τις διατάξεις του ανιχνευτή, ο οποίος θα περιελάμβανε πλέον έναν «main injector» ικανό να ενισχύσει τη φωτεινότητα, αλλά να συλλεχθούν από τα πειράματα μόνο 500 inverse picobarns δεδομένων – μόλις πέντε φορές περισσότερα από αυτά που διέθεσε συνολικά το Run 1 του Tevatron μέχρι το τέλος του 1995. Έπειτα, θα ακολουθούσε η παρόπλιση των CDF και DZERO, και η προσοχή θα στρεφόταν σε άλλα projects. Πολλοί εντός του CDF θεώρησαν πως κάτι τέτοιο ήταν απλά τρελό: το Tevatron ήταν ο μεγαλύτερης ενέργειας επιταχυντής στον κόσμο και θα κρατούσε αυτόν τον τίτλο για μια δεκαετία ακόμα. Η λήψη 500 inverse picobarns και μετά τέρμα έμοιαζε με γκάφα γιγαντιαίων διαστάσεων. Η αλλαγή, όμως, των πλάνων του διευθυντή απαιτούσε πολύ ισχυρά επιχειρήματα υπέρ μίας επέκτασης της περιόδου λειτουργίας: οι πειραματικοί έπρεπε να ενώσουν τις δυνάμεις τους, αφού μία προσπάθεια μόνο του ενός από τα δύο πειράματα θα είχε πολύ μικρές πιθανότητες να ευδοκιμήσει.

Ο Dante Amidei ήταν ένας από αυτούς που άρχισαν να σκέφτονται πολύ σοβαρά αυτό το ζήτημα. Μία μέρα, το φθινόπωρο του 1994, συνάντησε τυχαία στο αεροδρόμιο O’Hare του Σικάγο τον συνάδελφο του στο DZERO Chip Brock. Σύντομα ανακάλυψαν πως το άγχος για το μέλλον της φυσικής επιταχυντών στις ΗΠΑ ήταν κοινό, και ξόδεψαν τον υπόλοιπο χρόνο πριν την πτήση τους συζητώντας για τρόπους με τους οποίους θα μπορούσε να διευρυνθεί το πεδίο εφαρμογής του Run 2, και για το πως θα έδιναν ισχυρά επιχειρήματα, από φυσικής απόψεως, για να δοθεί η επιθυμητή παράταση.

Αρχικά, φαινόταν σαν να έπρεπε το τοπ κουάρκ να είναι το κύριο κίνητρο για μια διευρυμένη έρευνα: αυτό το σωμάτιο ήταν ένα βήμα πριν να ανακαλυφθεί και η ανακάλυψη του θα προσέλκυε τα μέσα ενημέρωσης, κάτι το οποίο θα είχε θετική επιρροή στα πειράματα. Το τοπ ήταν πολύ βαρύ και το γεγονός αυτό από μόνο του θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ένδειξη ότι νέες ανακαλύψεις θα κρύβονταν στη φαινομενολογία του: πιθανόν οι διασπάσεις του να διέφεραν από τις προβλέψεις, ή κάποιες διαδικασίες που περιελάμβαναν αυτό το νέο σωματίδιο να μπορούσαν να γίνουν tag νέας φυσικής. Η υπερσυμμετρία, για παράδειγμα, θα μπορούσε σε κάποιες εκδοχές της να έχει «ανεστραμμένη ιεραρχία (inverse hierarchy)» όσον αφορά τα s-κουάρκς, έτσι ώστε ο υπερσυμμετρικός παρτενέρ (superpartner) του τοπ κουάρκ να είναι ο ελαφρύτερος όλων. Δεδομένης τώρα της φυσικής προσδοκίας πως τα κουάρκς και τα s-κουάρκς της ίδιας γενιάς θα είναι πιο ισχυρά συζευγμένα μεταξύ τους από ό,τι με σωματίδια άλλων γενεών, έβγαινε το συμπέρασμα πως η μελέτη του τοπ κουάρκ θα μπορούσε να αποτελέσει το μέσο για την ανίχνευση της υπερσυμμετρίας.

Σύντομα σχηματίστηκε ένα κίνημα από τη βάση του CDF και του DZERO, και ξεκίνησε ένα project με την ονομασία «TeV 2000″. Η πρώτη συγκέντρωση έγινε στο πανεπιστήμιο του Michigan στις 21 Οκτωβρίου του 1994, με τη συμμετοχή πάνω από 100 φυσικών από το Fermilab. Υπήρχε η άποψη πως θα ήταν δύσκολο να υποστηρίξουν μία παράταση του Run 2 μόνο με τη φυσική του τοπ κουάρκ. Έτσι, άρχισαν από διάφορες επιστημονικές ομάδες μελέτες γύρω από την υπερσυμμετρία, την ηλεκτρασθενή φυσική, και εξωτικά αντικείμενα. Τότε ήταν που έπεσε ο Amidei πάνω στις έρευνες του Kuhlmann. Οι μελέτες αυτές ήταν τέλειες για τον σκοπό της αναφοράς που έγραφαν. Ο Kuhlmann είχε εκτιμήσει τις πιθανότητες μίας ανακάλυψης του Higgs ως συνάρτηση της μάζας του Higgs και της διαθέσιμης συνολικής φωτεινότητας. Στο CDF-note 3342, με τίτλο «Θα βρούμε το Higgs στο Run 2«, έγραφε:

    Η ανακάλυψη ενός Higgs με μάζα 100-130 GeV μόνο από αυτό το κανάλι, με μόλις 5-10 inverse femtobarns, θα είναι […] ένα δύσκολο εγχείρημα […]. Πιστεύουμε πως η ανίχνευση ενός Higgs, για παράδειγμα στα 120 GeV, απαιτεί 25 inverse femtobarns δεδομένων […].

Σήμερα, η αρχική αξιολόγηση του Kuhlmann το 1995 μοιάζει εκπληκτικά ακριβής, δεδομένου του ότι το σωματίδιο Higgs μάζας 125 GeV έδωσε ένα σήμα λίγο κάτω από τα 3 σίγμα στα 10 inverse femtobarns δεδομένων που συλλέχθηκαν από το Tevatron έως το 2011: πολλαπλασιάστε τώρα αυτά τα 10/fb δεδομένων επί 2.5, και βρίσκεστε στην κατάλληλη περιοχή για ένα σήμα σημαντικότητας 5 σίγμα!

Ασχέτως της ακρίβειας αυτής της αξιολόγησης του Kuhlmann, η μελέτη του αποτέλεσε το σημείο καμπής για τα πλάνα του εργαστηρίου, τα οποία πορεύτηκαν τότε προς μία ισχυρότερη δέσμευση: έγινε σύντομα σαφές πως το καλύτερο που είχαν να κάνουν ήταν να ενισχύσουν τις πιθανότητες να ανακαλυφθεί το Higgs. Κατά τη διάρκεια όλων των εκθέσεων του TeV 2000, το κοινό έδειχνε αμέσως την υποστήριξή του για την παράταση του Run 2 από τη στιγμή που ακουγόταν ότι υπάρχει ένα κατώφλι φωτεινότητας, πάνω από το οποίο τα πειράματα θα είχαν σοβαρές πιθανότητες να ανακαλύψουν το  μποζόνιο Higgs. Εάν το Higgs ήταν ελαφρύτερο από 100 GeV, η απαιτούμενη φωτεινότητα δεν ήταν απαγορευτικά υψηλή, αλλά θα ήταν οπωσδήποτε πολύ μεγαλύτερη από τα 500 inverse picobarns που είχαν σχεδιάσει αρχικά να συλλέξουν.

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/how_the_higgs_became_the_target_of_run_2_at_the_tevatron-143815
31 Αυγούστου 2014

Posted in Γενικά, Tevatron | Tagged , , , | 1 σχόλιο

Αυστηροί περιορισμοί στη σκοτεινή ύλη από το CMS

Παρότι είναι ευρέως αποδεκτή πλέον ως η φυσική εξήγηση για τις παρατηρούμενες ιδιότητες του σύμπαντος μας, η σκοτεινή ύλη παραμένει ακόμα μία βαθύτατα μυστηριώδης οντότητα. Υπάρχουν, κυριολεκτικά, δεκάδες υποψηφιότητες για να εξηγηθεί η φύση της, σε τελείως διαφορετικές κλίμακες μεγέθους, από υποατομικά σωματίδια μέχρι αρχέγονες μαύρες τρύπες και παραπέρα. Για τους σωματιδιακούς φυσικούς είναι, βέβαια, φυσικό να υποθέσουν πως η σκοτεινή ύλη είναι όντως ένα σωματίδιο, το οποίο και δεν έχουμε βρει μέχρι σήμερα. Έχουμε όμως στη διάθεση μας ένα σφυρί, και αυτό μοιάζει με καρφί.

Πράγματι, οι έρευνες για σκοτεινή ύλη σε επιταχυντές σωματιδίων έχουν ανθίσει στις μέρες μας. Ρόλο σε αυτό έχει παίξει και το γεγονός πως υπάρχει ένα είδος «κοσμικής σύμπτωσης» μεταξύ της αφθονίας ενός υποθετικού ασθενώς αλληλεπιδρώντος σωματιδίου που χρειάζεται για να εξηγηθεί η παρατηρούμενη ποσότητα σκοτεινής ύλης στο σύμπαν και της αφθονίας με την οποία θα είχε παραχθεί αυτό κατά τη Μεγάλη Έκρηξη, εφόσον η μάζα του σωματιδίου είναι μερικές εκατοντάδες GeV (μαζί και με κάποια άλλα χαρακτηριστικά που εναρμονίζονται με τον χαρακτηρισμό του σωματιδίου ως σκοτεινή ύλη, όπως η ασθενής αλληλεπίδραση με τη συνήθη ύλη). Και μερικές εκατοντάδες GeV είναι σήμερα βούτυρο στο ψωμί για τα πειράματα του LHC!

Ένα ασθενώς αλληλεπιδρών σωματίδιο με την παραπάνω μάζα που παρήχθη σε αφθονία κατά τη Μεγάλη Έκρηξη και που είναι απόλυτα σταθερό (έτσι ώστε να έχει παραμείνει γύρω μας τα τελευταία 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια) θα μπορούσε κάλλιστα να είναι το νετραλίνο, το ελαφρύτερο σωματίδιο που προβλέπεται από τις υπερσυμμετρικές θεωρίες.

Εάν η Υπερσυμμετρία είναι η σωστή επέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής, και εάν μία ποσότητα με το όνομα «R-ομοτιμία (R-parity)» διατηρείται (υπάρχουν λόγοι να πιστεύουμε πως κάτι τέτοιο θα πρέπει να συμβαίνει, όπως για παράδειγμα το γεγονός πως τα πρωτόνια είναι πολύ σταθερά φυσικά συστήματα, ενώ η παραβίαση της R-ομοτιμίας θα μπορούσε να δώσει διάσπαση πρωτονίου), τότε το νετραλίνο είναι μία αναγκαία συνέπεια, και όλα ταιριάζουν μεταξύ τους πολύ ωραία. Αλλά ένα βαρύ, ασθενώς αλληλεπιδρών σωματίδιο δεν προκύπτει αποκλειστικά και μόνο από υπερσυμμετρικές θεωρίες, οπότε κανείς μπορεί να ψάξει σε ένα πιο γενικό πλαίσιο. Θα μπορούσαμε να πούμε πως οι συγκρούσεις στον LHC μπορούν να δώσουν ζεύγη τέτοιων σωματιδίων, τα οποία και θα διέφευγαν του ανιχνευτή χωρίς να αφήσουν πίσω τους κάποιο ενεργειακό απόθεμα και να εξετάσουμε τις συνέπειες μιας τέτοιας υπόθεσης.

Ένας ωραίος τρόπος για να ανιχνεύσεις μία τόσο φευγαλέα διαδικασία είναι να βασιστείς στο γεγονός πως κάθε αδρονική σύγκρουση υψηλής ενέργειας παράγει, εκτός από την «hard subprocess» – ας πούμε μία εξαΰλωση κουάρκ-αντικουάρκ που δίνει ζεύγος σωματιδίων σκοτεινής ύλης -, και κάτι το οποίο ονομάζουμε «ακτινοβολία αρχικής κατάστασης (initial state radiation)». Με άλλα λόγια, τα συγκρουόμενα σωμάτια, συχνά, χάνουν κάποια ενέργεια προτού εξαϋλωθούν ή σκεδαστούν. Η ενέργεια αυτή μερικές φορές εκπέμπεται υπό τη μορφή ενός μόνο ενεργητικού φωτονίου και αυτό, σε αντίθεση με τα σωματίδια σκοτεινής ύλης, μπορεί να ανιχνευθεί. Έτσι το γεγονός δεν είναι πλέον εντελώς «αόρατο»!

Η πειραματική υπογραφή περιλαμβάνει την παρατήρηση ενός ενεργητικού φωτονίου που ανακρούεται από… τίποτα απολύτως: το ζεύγος των σωματιδίων σκοτεινής ενέργειας κουβαλάει μία ποσότητα ορμής και αυτό προδίδει την παρουσία του, παρά το ότι διέφυγε του ανιχνευτή. Γεγονότα με ένα φωτόνιο και τη λεγόμενη «ελλείπουσα εγκάρσια ενέργεια» (για την ακρίβεια ελλείπουσα εγκάρσια ορμή, αλλά αυτά τα δύο είναι σε πειραματικό επίπεδο ταυτόσημα) προκύπτουν από διαδικασίες εντός του καθιερωμένου προτύπου, αλλά είναι σχετικά σπάνιες, με αποτέλεσμα ακόμα και ένα ασθενές σήμα παραγωγής σκοτεινής ενέργειας σε ζεύγη να μπορεί να ανιχνευθεί ως πλεόνασμα.

Δείτε τώρα στα δεξιά το φάσμα της ελλείπουσας εγκάρσιας ενέργειας που παρήχθη από το CMS από τα 20 inverse femtobarns δεδομένων συγκρούσεων πρωτονίου-πρωτονίου στα 8 TeV. Τα δεδομένα που ελήφθησαν (μαύρα σημεία) ακολουθούν με μεγάλη ακρίβεια τις προβλέψεις για τα υπόβαθρα του ΚΠ ακόμη και για πολύ μεγάλες τιμές ελλείπουσας ενέργειας, το οποίο υποδηλώνει πως δεν μπορεί να υποτεθεί κάποιο σήμα σκοτεινής ύλης ή παρόμοιων οντοτήτων. Στο γράφημα συμπεριλαμβάνεται και ως παράδειγμα ένα άδειο μπλε ιστόγραμμα το οποίο αντιστοιχεί στη συνεισφορά που θα είχε στα δεδομένα ένα σωματίδιο σκοτεινής ενέργειας, για συγκεκριμένες τιμές της μάζας του. (Το διάγραμμα επίσης περιλαμβάνει και το υποθετικό σήμα από unparticles και μεγάλες επιπλέον διαστάσεις, αλλά αυτά είναι άλλου είδους θηρία και δεν θα τα αναλύσω εδώ).

Από την απουσία κάποιου σήματος, το  CMS εξάγει ανώτατα όρια για την ενεργό διατομή αλληλεπιδράσεων σκοτεινής ύλης με νουκλεόνια, σαν συνάρτηση της υποθετικής μάζας της σκοτεινής ύλης. Αυτά συγκρίνονται με άλλα άνω όρια τα οποία προσδιορίστηκαν παλαιότερα από απευθείας έρευνες και η συνολική εικόνα φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Σημειώστε πως τα όρια του CMS από την έρευνα που περιγράψαμε παραπάνω (με την ετικέτα «8 TeV», η κόκκινη και η ροζ γραμμή) εξαρτώνται από το είδος της σύζευξης των σωματιδίων σκοτεινής ύλης με τη συνήθη ύλη: μία vector coupling θα είχε ως αποτέλεσμα το ασθενέστερο όριο με το κόκκινο χρώμα, ενώ μία scalar coupling θα έδινε το πολύ πιο ισχυρό όριο με το ροζ.

Για περισσότερες λεπτομέρειες πάνω στην έρευνα του CMS μπορείτε να δείτε το preprint εδώ.

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/tight_constraints_on_dark_matter_from_cms-142781
18 Αυγούστου 2014

Posted in LHC | Tagged , | 1 σχόλιο