Highlights από το CMS

Πριν από τρεις εβδομάδες έδωσα μία ομιλία στο 2nd International Conference on New Frontiers in Physics, το οποίο πραγματοποιήθηκε στο Κολυμπάρι της Κρήτης. Στην ομιλία αυτή εστίασα σε μερικά από τα πιο ενδιαφέροντα νέα αποτελέσματα από την κοινοπραξία του CMS, αλλά μιας και είχα μόλις 30 λεπτά στη διάθεση μου, έκανα μόνο μία περίληψη αυτών. Ο στόχος της ομιλίας ήταν πρωτίστως να κάνω γνωστές τις πολλές διαλέξεις που έχουν δοθεί σε συγκεκριμένα επιστημονικά θέματα – Top, Higgs, Exotica, QCD- οι οποίες δόθηκαν από μερικούς συναδέλφους μου, σε παράλληλα συνέδρια. Είχα τη δυνατότητα βέβαια να δείξω και να μιλήσω και εγώ για μερικές ωραίες νέες μετρήσεις.

Εδώ δεν μπορώ να αναπαράγω την ομιλία στο σύνολο της (αν κάποιος ενδιαφέρεται μπορεί να τη βρει εδώ), ούτε και θα είχε νόημα να βάλω όλες τις διαφάνειες. Θα επιλέξω μόνο μερικές από αυτές που μπορεί να τις βρείτε ενδιαφέρουσες.

Ας ξεκινήσουμε με τη συνδυασμένη μέτρηση της pole μάζας του τοπ κουάρκ και της σταθεράς ισχυρής σύζευξης (strong coupling constant), η οποία πραγματοποιήθηκε συσχετίζοντας με θεωρητικούς λογισμούς την ενεργό διατομή της παραγωγής ζεύγους τοπ κουάρκς, όπως αυτή μετρήθηκε ακριβέστατα στο CMS μέσω των συγκρούσεων πρωτονίων ενέργειας 7-TeV . Η μέτρηση έγινε με διλεπτονικά γεγονότα ( «dilepton» events): γεγονότα κατά τα οποία και τα δύο τοπ κουάρκς αποδίδουν ένα λεπτόνιο, ένα νετρίνο και ένα b-κουάρκ όταν διασπώνται. Αυτή η τελική κατάσταση είναι πολύ ξεκάθαρη και η μέτρηση του CMS αποτελεί τον πιο ακριβή προσδιορισμό του production cross section στα 7 TeV που έχουμε έως σήμερα.

Από τη στιγμή που η ενεργός διατομή εξαρτάται από τη μάζα και τη τιμή της σταθεράς ισχυρής σύζευξης (μια ισχυρότερη σταθερά σύζευξης αποδίδει περισσότερα τοπ κουάρκς , και μια μεγαλύτερη μάζα για το τοπ κουάρκ έχει ως αποτέλεσμα λιγότερα τοπ), η σύγκριση μπορεί να δώσει πληροφορίες για αυτές τις δύο ποσότητες- αλλά όχι και για τις δύο, από την στιγμή που υπάρχει μόνο μία εισαγωγή (input) (η μετρούμενη ενεργός διατομή). Παρόλα αυτά, αυτό που είναι ενδιαφέρον, είναι πως η σταθερά ισχυρής σύζευξης είναι γνωστή με μεγάλη ακρίβεια από άλλα πειράματα, οπότε κανείς μπορεί να εξάγει καθαρά τη μάζα του τοπ κουάρκ. Αυτή δεν είναι, πάντως, ακριβώς η «μάζα του τοπ» που συχνά μετράμε συγκρίνοντας την ενέργεια της ανασυγκροτημένης τελικής κατάστασης με την πρόβλεψη της προσομοίωσης: η τελευταία είναι ελαφρώς διαφορετική λόγω μίας λεπτομέρειας, συνδεδεμένη με την επανακανονικοποίηση.

 

Τα δύο γραφήματα στη διαφάνεια δείχνουν τη μέτρηση της σταθεράς ισχυρής σύζευξης (η κόκκινη καμπύλη που έχει μορφή γκαουσιανής δείχνει την πυκνότητα πιθανότητας σαν συνάρτηση του α_s) θεωρώντας την μάζα του τοπ στα 173.2 GeV, και τις μετρήσεις της μάζας του τοπ (μαύρα σημεία, με το σφάλμα οριζόντια) χρησιμοποιώντας τoν καθολικό μέσο όρο του α_s, για διαφορετικές υποθέσεις σχετικά με το πως τα σωματίδια συμπεριφέρονται εντός των πρωτονίων (οι λεγόμενες «parton distribution functions«). Η ροζ κάθετη ζώνη αντιπροσωπεύει τις απευθείας μετρήσεις από το Tevatron της μάζας του τοπ, για λόγους σύγκρισης.

Το άλλο που θα ήθελα να αναφέρω εν τάχει είναι το περιεχόμενο μίας διαφάνειας κατά την ομιλία μου πάνω στις ακριβείς ηλεκτρασθενείς μετρήσεις. Αυτό είναι ο προσδιορισμός της κατανομής λεπτονικής ασυμμετρίας (lepton asymmetry distribution) όπως αυτή ελήφθη από τις αποσυνθέσεις μποζονίων W, που μετρήθηκαν στο CMS. Μία ασυμμετρία στη γωνία της παραγωγής του φορτισμένου λεπτονίου που εκλύθηκε κατά την διάσταση του W (η γωνία μετριέται από την γραμμή της δέσμης) προβλέπεται από το γεγονός πως το W παράγεται μέσω της εξαΰλωσης ενός up κουάρκ σε κάποιο πρωτόνιο και ενός αντι-down σε κάποιο άλλο πρωτόνιο, ή μέσω εξαΰλωσης αντι-up και down.

Εφόσον τα up και down κουάρκς δε φέρουν το ίδιο μέρος της ορμής ενός πρωτονίου, κανείς θα περίμενε πως τα θετικά φορτισμένα λεπτόνια θα συμπεριφέρονται διαφορετικά από αντίστοιχα αρνητικά φορτισμένα. Συγκεκριμένα, η διαφορά θα είναι στην γωνία της εκπομπής τους (emission angle), η οποία και μας πληροφορεί για την σχετική ορμή που φέρουν τα δύο κουάρκς της αρχικής κατάστασης που παρήγαγαν το W.

Έτσι, λοιπόν, η λεπτονική ασυμμετρία (που μετριέται ως η διαφορά μεταξύ της κατανομής της γωνίας (angle distribution) θετικά και αρνητικά φορτισμένων λεπτονίων) μας λέει με μεγάλη ακρίβεια πόσο διαφορετικά είναι τα κλάσματα της ορμής των up και down κουάρκς μέσα στο πρωτόνιο. Το CMS χρησιμοποίησε μάλιστα μία στατιστική ανάλυση που δεν έχει προηγούμενο ώστε να κάνει αυτήν τη μέτρηση όσο πιο ακριβή γίνεται: 20 εκατομμύρια μποζόνια W- ένα δείγμα δέκα φορές μεγαλύτερο από το αμέσως μικρότερο που έχει χρησιμοποιηθεί για καθορισμούς ασυμμετριών.

Το αποτέλεσμα είναι μια συνάρτηση ασυμμετρίας (assymetry function)-πρόκληση για τα θεωρητικά μοντέλα ώστε να βρουν μια ακριβή ερμηνεία. Προσαρμόζοντας διαφορετικά μοντέλα στα δεδομένα, οι parton distribution functions μπορούν να γίνουν αισθητά πιο ακριβείς- και αυτό θα έχει ένα άμεσο όφελος στην ακρίβεια των μετρήσεων της μάζας του W, που παραμένει μία παράμετρος του Καθιερωμένου Προτύπου και χρειάζεται πλέον να την ξέρουμε όσο το δυνατόν ακριβέστερα.


Στη παραπάνω διαφάνεια μπορείτε να δείτε δύο γραφήματα. Το πάνω δείχνει την κατανομή του παρατηρούμενου ελλείμματος εγκάρσιας ενέργειας στο μεγάλο δείγμα των διασπάσεων του W. Με το πορτοκαλί αποτυπώνεται η κατανομή του W, ενώ άλλα χρώματα δείχνουν τα υπόβαθρα (backgrounds). Το κάτω γράφημα δείχνει τη μετρούμενη ασυμμετρία (μαύρες κουκκίδες) σε σύγκριση με τις προσδοκίες από διαφορετικά σύνολα από parton distribution functions.

Ένα συμπέρασμα που μπορεί να εξαχθεί από τις δύο αυτές μετρήσεις του CMS είναι πως στις συγκρούσεις αδρονίων, τα πάντα εξαρτώνται από τις parton distribution functions των κουάρκς και των γλουονίων στα συγκρουόμενα «βλήματα»- και πολλές από τις μετρήσεις επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από αυτές. Μετατρέποντας αυτό το πρόβλημα σε ευκαιρία, οι μετρήσεις μπορούν να χρησιμεύσουν ώστε να καταλάβουμε το πρωτόνιο καλύτερα από ποτέ…

Αρχικό άρθρο:
http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/highlights_cms_experiment-120492
16 Σεπτέμβρη 2013

About qdsgreek

Greek version of "A Quantum Diaries Survivor" blog
This entry was posted in Γενικά, LHC and tagged , . Bookmark the permalink.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s