Δεν βρέθηκαν Higgs σε διασπάσεις τοπ κουάρκ

Τώρα που γνωρίζουμε πως το μποζόνιο Higgs έχει μάζα στα 125 GeV και εμφανίζει όλες τις ιδιότητες που θα έπρεπε να έχει ένα κανονικό Higgs, σύμφωνα με αυτά που προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο, κανείς θα μπορούσε να αναρωτηθεί το εξής: είναι δυνατόν να διασπαστεί ένα τοπ κουάρκ σε μποζόνιο Higgs; 

Αυτή η ερώτηση έχει λογική καθώς το τοπ κουάρκ έχει μάζα 40% μεγαλύτερη της αντίστοιχης του Higgs, οπότε καταρχήν θα πρέπει η διάσπαση να είναι επιτρεπτή. Για παράδειγμα, θα μπορούσε κανείς να φανταστεί το τοπ να μετατρέπεται σε έναν συνδυασμό bottom κουάρκ και μποζονίου W, έπειτα το W να εκπέμπει ένα σωματίδιο Higgs, και τελικά το bottom κουάρκ και το W να αντιδρούν δίνοντας ένα charm κουάρκ. Αλλιώτικα, αφότου το τοπ μετατραπεί σε ζεύγος Wb, θα μπορούσε το bottom να είναι αυτό που εκπέμπει το Higgs, προτού ενωθεί ξανά με το W, δημιουργώντας ένα charm. Τα διαγράμματα φαίνονται από κάτω.



Τέτοιες διαδικασίες θα πρέπει να έχουν πολύ μικρή πιθανότητα πραγματοποίησης: στο καθιερωμένο προβλέπεται ένα branching fraction της τάξεως του 10^-15 – κατατάσσεται λοιπόν στην κατηγορία του «δεν αξίζει καν να ασχοληθείς». Αυτό συμβαίνει διότι υπάρχει μία φυσική ακύρωση των συνεισφορών από διαφορετικά κουάρκς στα εικονικά διαγράμματα που πρέπει να εξετασθούν μαζί.

Παρόλα αυτά, κανείς θα μπορούσε να σκεφτεί άλλους «εξωτικούς» τρόπους, οι οποίοι και θα αύξαναν σημαντικά τον ρυθμό αυτών των διαδικασιών. Εξωτικά σωματίδια που κρύβονται στον κβαντικό βρόχο (quantum loop) μπορούν να έχουν πολύ μεγάλη μάζα, συνεχίζοντας όμως να επηρεάζουν σημαντικά την πιθανότητα της διάσπασης, μιας και θα είναι ελεύθερα από περιορισμούς λόγω του μηχανισμού Glashow-Iliopoulos-Maiani.

Οπότε είναι μια καλή ιδέα να ψάξει κανείς για την σπάνια διάσπαση t->ch σε γεγονότα που περιλαμβάνουν παραγωγή ενός ζεύγους τοπ-αντιτόπ κουάρκ, τα οποία και παράγονται πολύ συχνά στον LHC (το 2012 παράγαμε ένα ζεύγος ανά μερικά δευτερόλεπτα). Και μάλιστα αυτό έχει και την πλάκα του. Μπορείς να μελετήσεις τη διάσπαση του Higgs σε δύο φωτόνια, και να πάρεις ένα πολύ καθαρό δείγμα δεδομένων, εκεί όπου κανείς ψάχνει για τα πολλαπλά μέγιστα στην κατανομή μάζας: ένα top-like μέγιστο μάζας στην κατανομή μάζας ηρεμίας (invariant mass distribution) ζευγών φωτονίων συν ενός πίδακα, ένα τοπ μέγιστο μάζας που παράγεται από τρία άλλα αντικείμενα, τα οποία δημιουργούνται κατά τις διασπάσεις ενός τοπ σε Wb-> jjj ή σε Wb->lνb (αντίστοιχα, τρεις πίδακες, ή ένα λεπτόνιο, ένα νετρίνο και ένα b-πίδακας), και φυσικά ένα μέγιστο Higgs, προερχόμενο από την κατανομή μάζας δύο φωτονίων. Εάν είσαι σωματιδιακός φυσικός, δεν μπορείς να βρεις και πολύ εύκολα κάτι πιο διασκεδαστικό σε τέτοιου είδους έρευνες!

Το Atlas έκανε ακριβώς αυτό, χρησιμοποιώντας δεδομένα από τις περιόδους λειτουργίας του LHC κατά τα έτη 2011 και 2012. Σαν δείγμα, δείτε την κατανομή μάζας των υποψήφιων γεγονότων στην πλήρως αδρονιακή («all-hadronic») τελική κατάσταση- αυτήν όπου εκτός από τα δύο φωτόνια το γεγονός περιλαμβάνει τέσσερις πίδακες, οπότε και κανείς συνδυάζει τον έναν από τους πίδακες με τα φωτόνια για να πάρει ένα υποψήφιο τοπ, και τα άλλα τρία μαζί για να πάρει το άλλο τοπ. 


Όπως βλέπετε, το σήμα από τη διάσπαση H->γγ (με κόκκινο, υποθέτοντας ένα ποσοστό διάσπασης (branching fraction) του τοπ σε charm-Higgs στο 5%) θα βρισκόταν εμφανώς ψηλότερα από το σήμα των διαδικασιών εντός του Καθιερωμένου Προτύπου (κυανό ιστόγραμμα). Πράγματι, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει με οδηγό τα δεδομένα ένα σχήμα υποβάθρου για να προσαρμόσει την κατανομή του σήματος,λαμβάνοντας έτσι ένα μικρό, ασήμαντο σήμα, όπως φαίνεται παρακάτω. Αφού συνδυαστεί με την έρευνα πάνω στον άλλον τρόπο διάσπασης του τοπ κουάρκ, όπου δεν έχουμε παραγωγή Higgs (ένα μόνο λεπτόνιο στην τελική κατάσταση), ως αποτέλεσμα παίρνουμε ένα ανώτατο όριο 0.79% για την διάσπαση t->qH. Ένα εκπληκτικά μικρό άνω φράγμα!

Σημειώστε πως στο γράφημα υπάρχουν δύο γραμμές υποβάθρου. Η πιο ισχνή δείχνει το αποτέλεσμα που λαμβάνουμε εάν συμπεριλάβουμε και την εκτίμηση για την παραγωγή ενός Higgs σύμφωνα με το ΚΠ, η οποία θα πρέπει να επηρεάζει το δείγμα των δεδομένων μέσω των διαδικασιών ttH, tH, WH, όπως και άλλων. Η συνολική επίδραση αυτών είναι μικρή, αλλά έχει ληφθεί υπόψιν κατά την προσαρμογή στην κατανομή του «εξωτικού» σήματος.


Επίσης, δείτε και ένα κάπως ενοχλητικό στοιχείο στον τρόπο που έχει σημειώσει η ομάδα του ATLAS τα πειραματικά δεδομένα στο παραπάνω γράφημα: όλα τα σημεία φαίνεται πως έχουν μία γραμμή σφάλματος εκτός από αυτό που βρίσκεται τέρμα δεξιά στα 155 GeV. Αυτό πιθανότατα δείχνει ότι η εκτίμηση τους για το διάστημα, το οποίο καλύπτει πιθανές πραγματικές τιμές για τον μέσο αριθμό γεγονότων σε κάθε κλάση, δίνει μηδενικό μήκος όταν δεν παρατηρείται κάποιο γεγονός. Αυτό είναι φυσικά λάθος- το σημείο αυτό θα έπρεπε να έχει μία άνω γραμμή σφάλματος η οποία να φτάνει έως το 1,84.

Εκτός, λοιπόν, από αυτήν τη μικρής σημασίας ατέλεια, έχουμε εδώ ένα νέο εξαιρετικό αποτέλεσμα από το ATLAS. Τελευταία, έχω δει αυτά τα δύο πειράματα του LHC να συναγωνίζονται για να βρουν τρόπους να εξάγουν όσο το δυνατόν περισσότερες πληροφορίες από τα σύνολα δεδομένων τους όσον αφορά φαινόμενα σχετικά με το μποζόνιο Higgs. Προφανώς το πρώτο που έρχεται στο μυαλό είναι το πρόσφατο αποτέλεσμα του CMS για το πλάτος του μποζονίου Higgs. Σε κάθε περίπτωση, συγχαρητήρια στο ATLAS για αυτό το νέο ωραίο αποτέλεσμα, και περιμένουμε το επόμενο χτύπημα από το CMS!

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/the_plot_of_the_week_no_higgs_in_top_decays-132861
28/3/2014

About qdsgreek

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

Μία απάντηση στο Δεν βρέθηκαν Higgs σε διασπάσεις τοπ κουάρκ

  1. Παράθεμα: Δεν βρέθηκαν Higgs σε διασπάσεις κορυφαίων (top) κουάρκ | physicsgg

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