Διασπάσεις του Higgs σε ζεύγη Zγ: Η επόμενη πρόκληση

Η σύμπραξη του ΑTLAS στον LHC, τον επιταχυντή πρωτονίων του CERN ο οποίος μας έδωσε συγκρούσεις 8-TeV και που τώρα προετοιμάζεται για να επαναλειτουργήσει σε ενέργειες 13-TeV το 2015, δημοσίευσε πριν από μερικές μέρες στο Cornell ArXiv τα αποτελέσματά της από τις έρευνες για διασπάσεις του μποζονίου Higgs σε ζεύγη Zγ.

Η τελική κατάσταση αυτή είναι θεωρητικά εύκολο να παραχθεί, να αναγνωριστεί και να ανακατασκευαστεί- τα χαρακτηριστικά του μποζονίου Ζ μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια στη διάσπαση του σε ζεύγη ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου ή μιονίου, και το ενεργητικό φωτόνιο ταυτοποιείται από ένα ενεργειακό απόθεμα στο καλορίμετρο στο οποίο δεν κατευθύνεται καμία τροχιά φορτισμένου σωματιδίου. Παρόλα αυτά, το μικρό μέγεθος του σήματος κάνει την έρευνα κάπως απαιτητική: εκτός από τη μικρή ενεργό διατομή της παραγωγής μποζονίων Higgs, μιλάμε εδώ για έναν τρόπο διάσπασης (decay mode) ο οποίος στο Καθιερωμένο Πρότυπο (ΚΠ) προκύπτει μόνο μία στις 600 διασπάσεις. Έπειτα, η διάσπαση του Ζ σε ηλεκτρόνια ή μιόνια παίζει επίσης κάποιο ρόλο στο μικρό μέγεθος του σήματος, αφού τα ζεύγη ee και μμ προκύπτουν από τη διάσπαση του Ζ μόνο στο 7% του συνόλου των διασπάσεων. Συνολικά, έχουμε να κάνουμε με την ανίχνευση του Higgs από μία τελική κατάσταση που προκύπτει κατά μέσο όρο μόνο μία φορά κάθε 10 χιλιάδες διασπάσεις!

Τώρα, όσον αφορά τα διάφορα υπόβαθρα, δεν είναι μεγάλα σε απόλυτα μεγέθη – όπως είπα τα ζεύγη Zγ είναι μία καθαρή υπογραφή στις συγκρούσεις πρωτονίου πρωτονίου- αλλά το μεγάλο σύνολο δεδομένων τα κάνει αρκετά μεγάλα όταν συγκρίνονται με το πολύ μικρό σήμα. Αυτά υπάρχουν λόγω σύμφωνης με το ΚΠ παραγωγής ζευγών Ζγ χωρίς την μεσολάβηση μίας διάσπασης Higgs, όπως επίσης και από κίβδηλα σήματα φωτονίων εξ αιτίας αδρονιακών πιδάκων. Τα υπόβαθρα έχουν βέβαια ένα ομαλό εκθετικό σχήμα στην κατανομή μάζας δύο σωμάτων (two-body mass distribution). Αυτό είναι βασικά και το μόνο πάτημα που έχουμε για να ξεχωρίσουμε το σήμα.

Το σήμα του Zγ έχει ήδη ερευνηθεί από το συναγωνιζόμενο πείραμα του CMS, το οποίο το περασμένο καλοκαίρι δημοσίευσε ως όριο 9.5 φορές την πρόβλεψη του ΚΠ. Τα αποτελέσματα του ATLAS είναι λίγο χειρότερα από αυτά του CMS, καθώς το όριο που βρίσκει είναι 11 φορές την πρόβλεψη του ΚΠ. Επομένως, η ομάδα του ATLAS δεν βγάζει κάτι πολύ επαναστατικό…Έστω και έτσι, όμως, αξίζει να κοιτάξει κανείς στις λεπτομέρειες της έρευνας τους. Η κύρια γραφική παράσταση της δημοσίευσης είναι η κατανομή μάζας ηρεμίας που λαμβάνουν για ζεύγη Zγ, όπου γίνεται σύγκριση των δεδομένων με το προσδοκώμενο σήμα το οποίο είναι πολλαπλασιασμένο επί 50 για να γίνει πιο εμφανές. Αυτό φαίνεται στο παρακάτω γράφημα.

Εδώ τα μαύρα σημεία είναι τα δεδομένα του ATLAS και η μπλε γραμμή είναι το μοντέλο για το υπόβαθρο υπολογισμένο από τα δεδομένα, ενώ το ιστόγραμμα κάτω αριστερά είναι το σχήμα για το θεωρητικά υπολογισμένο σήμα, πολλαπλασιασμένο επί 50.

Όπως βλέπετε, τα υπόβαθρα είναι πραγματικά υψηλά, και θα είναι αδύνατον να δούμε το σήμα έως ότου αρχίσει και πάλι να μαζεύουν δεδομένα οι ανιχνευτές στην επόμενη περίοδο λειτουργίας του LHC. Αυτό ισχύει φυσικά, εκτός και αν το branching ratio σε ζεύγη Zγ είναι διαφορετικό από αυτό που προβλέπεται από το ΚΠ: πράγματι σύγχρονα μοντέλα μπορεί να δίνουν λίγο διαφορετικές προβλέψεις. Κατά τα άλλα, από πειραματική άποψη, το πιο σημαντικό στοιχείο στην έρευνα είναι η ακριβής ανακατασκευή της μάζας ηρεμίας για το Z και φωτόνιο. Παρά το ότι για το μποζόνιο Ζ δεν υπάρχει μεγάλο περιθώριο βελτίωσης, ο ακριβής προσδιορισμός της ενέργειας του δεύτερου είναι καθοριστικής σημασίας.

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/higgs_decays_zgamma_pairs_next_challenge-129798
16/2/2014

About qdsgreek

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