Δεν βλέπει πλεόνασμα στα 140 GeV η νέα μελέτη του CDF

Θυμάστε το «εξόγκωμα» στα 140 GeV που δημοσίευσε το CDF τον Μάρτιο του 2011, λόγω της επιπλέον παραγωγής ζευγών πιδάκων; Αυτή το απρόσμενο πλεόνασμα στην κατανομή μάζας ζεύγους πιδάκων βρέθηκε σε γεγονότα που περιείχαν λεπτονική διάσπαση ενός μποζονίου W.

Οι ερευνητές έψαχναν για ημιλεπτονική παραγωγή ζεύγους WW (semileptonic WW pair production- δηλαδή, γεγονότα κατά τα οποία το ένα W διασπάται σε ζεύγος ηλεκτρονίου-νετρονίου ή μιονίου-ηλεκτρονίου, ενώ το άλλο σε ζεύγος κουάρκ-αντικουάρκ, παράγοντας έτσι μία υπογραφή με δύο πίδακες (dijet signature)). Καθώς μελετούσαν την κατανομή μάζας δύο πιδάκων ψάχνοντας για το σήμα W->jj, παρατήρησαν παράλληλα και μία απόκλιση από το μοντέλο στην περιοχή των υψηλών μαζών του φάσματος. Μία επακόλουθη ανάλυση που εστίαζε σε αυτήν την περιοχή δεν μπόρεσε να δώσει μία απλή ερμηνεία της ανωμαλίας, τη στιγμή που μία κατάσταση συντονισμού (resonant state) θα μπορούσε όντως να προσαρμοστεί καλά στα δεδομένα. Η σημαντικότητα του σχηματισμού στα 140 GeV ήταν μεγαλύτερη από 3 τυπικές αποκλίσεις με βάση τα 4.3 inverse femtobarns συγκρούσεων πρωτονίων-αντιπρωτονίων στα 1.96 ΤeV κατά το Run II. Μετά και την προσθήκη άλλων τριών inverse femtobarns, η σημαντικότητα έφτασε μάλιστα πάνω από 4.5 τυπικές αποκλίσεις. Πρόκειται, λοιπόν, για κάποιο technicolor σωματίδιο;

Το ζήτημα πυροδότησε μια αντιπαράθεση εντός και εκτός του πειράματος. Κάποιοι στο CDF θεώρησαν πως η δημοσίευση μίας τέτοιας ανωμαλίας θα έβλαπτε την πιθανότητα να ισχυριστεί κανείς την εύρεση σήματος Higgs μέσω της WH->lν bb τελικής κατάστασης, καθώς η υπογραφή του Higgs δεν είναι πολύ διαφορετική (αν και σε αυτή την περίπτωση θα είχαμε b-tagged πίδακες). Άλλοι πάλι διαισθάνονταν πως ένα τέτοιο φαινόμενο δεν θα μπορούσε να είναι αποτέλεσμα ενός νέου συντονισμού. Η αλήθεια είναι πως τα προηγούμενα 30 χρόνια ιστορίας των επιταχυντών δείχνουν πως το υπόβαθρο (background) W+πίδακες είναι δύσκολο να το χειριστείς. Η λανθασμένη μοντελοποίηση του στα 80s είχε οδηγήσει τον Rubbia να ανακοινώσει την ανακάλυψη ενός τοπ κουάρκ η οποία αποδείχθηκε μετέπειτα εσφαλμένη, ενώ και άλλοι αργότερα έπεσαν στην ίδια παγίδα.

Αρκετοί συνεργάτες του CDF θα είχαν προτιμήσει να περιμένουν και να προσπαθήσουν να καταλάβουν καλύτερα την προέλευση του παρατηρηθέντος φαινομένου, π.χ. εάν θα μπορούσε να το παράγει μια παραμόρφωση σχετική με τον ανιχνευτή ή κάποια ατέλεια της προσομοίωσης Monte Carlo του υποβάθρου W+πίδακες. Οι ερευνητές που τους ανατέθηκε να επανεξετάσουν την ανάλυση, εργάστηκαν για μήνες επί του θέματος αλλά δεν κατάφεραν κάτι. Παρόλα αυτά, κατέληξαν πως o χρόνος που χρειάζονταν για να αναλύσουν το πρόβλημα θα ήταν ένα με δύο χρόνια. Οι εκπρόσωποι του CDF αποφάσισαν πως δύο χρόνια ήταν πολλά, και έπειτα από κάποιους επιπλέον ελέγχους και με προσεγμένη διατύπωση, δημοσίευσαν το 2011 το paper όπου και περιέγραψαν το εύρημα.

Από κάτω βλέπετε το είδος του σήματος που ήταν εμφανές το 2011 στα δεδομένα του CDF, μέσω του συνόλου δεδομένων στα 7.3/fb  που είχαν αναλύσει έως τότε. Η αριστερή εικόνα δείχνει την dijet κατανομή μάζας, ενώ στη δεξιά φαίνονται τα δεδομένα μετά την αφαίρεση του υποβάθρου, με την διμποζονική συνεισφορά (κόκκινο) και τo ενδεχόμενο νέο σήμα (μπλε) να υπερτίθενται. Πράγματι, ο σχηματισμός στα 140 GeV υποδηλώνει πως κάτι υπάρχει!


Μετά το 2011 η προσπάθεια για την κατανόηση της προέλευσης αυτής της ανωμαλίας στα 140 GeV συνεχίστηκε. Όπως ανέφερα πριν από καιρό, μία εξήγηση ήρθε μόνο αφού πρώτα έγινε κατανοητό πως δύο ανταγωνιστικά φαινόμενα κάνουν την εμφάνισή τους εδώ: το ένα είναι η συμπεριφορά του υποβάθρου της QCD στο κανάλι ηλεκτρονίων (electron channel), και το άλλο είναι η διόρθωση στην ικανότητα ανακατασκευής (jet energy scale) που εφαρμόζεται στους πίδακες που προέρχονται από κουάρκς ή γλουόνια, τα οποία σε γεγονότα W+jets βρίσκονται σε διαφορετικά ενεργειακά εύρη (energy ranges).

Εν τω μεταξύ, άλλες αναλύσεις που μελετούν την ημιλεπτονική παραγωγή δύο μποζονίων σε συμπληρωματικά σύνολα δεδομένων,επίσης παρήγαγαν αποτελέσματα. Τελικά, πριν δύο ημέρες (27/10/2013), το CDF έστειλε στο Cornell arxiv μία πολύ ωραία νέα έρευνα για αυτήν την διαδικασία, που στοχεύει επίσης να επαληθεύσει εάν η κορυφή στην περιοχή των 140 GeV είναι ορατή εκεί που είχε καταδείξει η προηγούμενη ανάλυση. Αυτή η έρευνα περιλαμβάνει την υπογραφή ενός Ζ που διασπάται σε δύο νετρίνα (τα W επίσης συνεισφέρουν, μιας και η διάσπασή τους συχνά δίνει και ένα νετρίνο), η οποία συνοδεύεται από δύο πίδακες που μπορούν μερικές φορές να είναι αποτέλεσμα της αρμονικής διάσπασης ενός μποζονίου W ή Z. Φυσικά, είναι πολύ δύσκολο να κατασκευάσεις ένα μοντέλο νέας φυσικής όπου ένα νέο σωματίδιο συζεύγνυται με μποζόνια W και όχι με Z: οπότε οποιαδήποτε νέα κατάσταση και αν εμφανίζεται με W, θα πρέπει να εμφανίζεται και με Ζ.

Το παρακάτω απόσπασμα από το paper ρητά αναφέρει, ότι η ανάλυση στόχευε και στη διμποζονική μέτρηση και στην επιβεβαίωση της έλλειψης νέας φυσικής:

We report on a search for a dijet resonance in events with only two or three jets and large imbalance in the total event transverse momentum. This search is sensitive to the possible production of a new particle in association with a W or Z boson, where the boson decays leptonically with one or more neutrinos in the final state. We use the full data set collected by the CDF II detector at the Tevatron collider at a proton-antiproton center-of-mass energy of 1.96 TeV. These data correspond to an integrated luminosity of 9.1 inverse femtobarns.

We study the invariant mass distribution of the two jets with highest transverse energy. We find good agreement between data and standard model background expectations and measure the combined cross section for WW, WZ, and ZZ production to be 13.8+3.0−2.7pb. No significant anomalies are observed in the mass spectrum and 95% credibility level upper limits are set on the production rates of a potential new particle in association with a W or Z boson.

Το paper διαβάζεται πολύ ευχάριστα, και θα σας πρότεινα ανεπιφύλακτα να το δείτε. Θα σας δείξω πιο κάτω μόνο το αποτέλεσμα της προσαρμογής της κατανομής μάζας των ζευγών πιδάκων στα επιλεγμένα δεδομένα δίνοντας τη δυνατότητα να συνεισφέρει ένας νέος συντονισμός στα 140 GeV. Υπάρχει όντως πολύ μικρό περιθώριο για μια τέτοια διαδικασία σύμφωνα με τα δεδομένα του CDF που καταδεικνύει ελλείπουσα εγκάρσια ενέργεια και πίδακες.

Στο γράφημα από πάνω βλέπετε δύο ιστογράμματα. Το πρώτο δείχνει την κατανομή μάζας δύο πιδάκων για τα δεδομένα του CDF (μαύρα σημεία) σε σύγκριση με το άθροισμα των διαφόρων συνιστωσών του υποβάθρου. Με μπλε είναι το διμποζονικό σήμα που μέτρησε το CDF από την ανάλυση. Στο κάτω γράφημα φαίνονται τα δεδομένα εάν αφαιρέσουμε όλες της άλλες διαδικασίες εκτός από τις διμποζονικές. Με κόκκινο αποτυπώνεται η επιτρεπόμενη από τα δεδομένα συνεισφορά ενός πιθανού σήματος WX/ZX. Εάν το συγκρίνετε τώρα με το διμποζονικό σήμα που εμφανώς δεσπόζει , βλέπετε πως η ελλείπουσα ET συν τα dijet δεδομένα του CDF μας δίνουν μία πολύ διαφορετική εικόνα σε σχέση με το αρχικό δείγμα που έδινε την υπόνοια πως ένα νέο σωμάτιο θα μπορούσε να κρύβεται στα 140 GeV.

Αυτό, βέβαια, δεν είναι το τελευταίο επεισόδιο της όλης ιστορίας. H πλήρης ανάλυση του συνόλου του των δεδομένων που περιείχαν την κορυφή στα 140 GeV με τα 4.3 inverse femtobarns  ακόμα αναμένεται. Αλλά είμαι σίγουρος πως σύντομα θα έχουμε και αυτό το paper διαθέσιμο.

Αρχικό άρθρο:
http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/no_jetjet_bump_new_cdf_diboson_analysis-123327
29/10/2013

Παλαιότερα άρθρα πάνω στο θέμα:
1. http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/new_massive_particle_some_kind_higgs-77857
2. http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/more_thoughts_new_cdf_signal-77883
3. http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/dzero_refutes_new_cdf_dijet_resonance-79882

Το paper του CDF:
http://arxiv.org/pdf/1310.7267.pdf

About qdsgreek

Greek version of "A Quantum Diaries Survivor" blog
This entry was posted in Tevatron 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