Διμποζονικά πλεονάσματα στον LHC δείχνουν προς την ελαφριά υπερσυμμετρία!

Ανάμεσα στα διάφορα, λίγο πολύ βαρετά, νέα από το συνέδριο ICHEP (International Conference on High Energy Physics), που λαμβάνει χώρα αυτήν τη στιγμή στην Βαλένθια, υπάρχει κάτι το οποίο δημιουργεί μια θετική αύρα για τους θεωρητικούς που έχουν αποφασίσει να παραμείνουν πιστοί στην ιδέα της υπερσυμμετρίας μέχρις τέλους. Και αυτό είναι το πλεόνασμα, που ανακοινώθηκε μόλις εκεί από το ATLAS, στα διμποζονικά γεγονότα.

Τα μποζόνια W είναι βαριά σωματίδια τα οποία ανακαλύφθηκαν το 1983 από τον Carlo Rubbia στον επιταχυντή SppS του CERN. Είναι οι φορείς των ασθενών αλληλεπιδράσεων (μαζί με τα μποζόνια Ζ) και είναι υπεύθυνα για τις ραδιενεργές διασπάσεις, καθώς επίσης και για μερικές αντιδράσεις στους πυρήνες των άστρων. Τα W μπορούν να δημιουργηθούν σε ζεύγη μέσω κάποιων ηλεκτρασθενών διαδικασιών , οι οποίες μάλιστα είναι αρκετά τυπικές στις συγκρούσεις σωματιδίων αρκούντως υψηλής ενέργειας. Και όντως, η παραγωγή ζευγών μποζονίων W έχει μελετηθεί από τα τέλη της δεκαετίας του ’90 στα Tevatron και LEP II, όπως φυσικά και στα πειράματα του LHC στη συνέχεια.

Το γεγονός πως το μποζόνιο Higgs μπορεί να διασπαστεί σε ζεύγη WW είναι ένα επιπλέον κίνητρο για να μελετήσει κανείς αυτές τις διαδικασίες, αλλά στην πραγματικότητα αυτές είναι αρκετά ενδιαφέρουσες από μόνες τους. Ήδη για τον ρυθμό παραγωγής των WW στις υψηλές ενέργειες θα μπορούσε κανείς να γράψει τόμους – η ενεργός διατομή της διαδικασίας θα έφτανε σε μη λογικά επίπεδα (το «unitarity bound«) εάν δεν υπήρχε το μποζόνιο Higgs να περιορίσει τον ρυθμό τους. Αλλά ας μείνουμε στο σημερινό θέμα: SUSY (aka Υπερσυμμετρία) !

Μόλις πριν από μία εβδομάδα δημοσιεύτηκε στο Arxiv ένα paper με το όνομα «Stop the ambulance!«. Μέσα σε αυτό οι Jong Soo Kim, Krzystof Rolbiecki, Kazuki Sakurai και Jamie Tattersall υποστηρίζουν πως οι ρυθμοί παραγωγής ζευγών WW στο ATLAS (στα δεδομένα συγκρούσεων 7 TeV) και το CMS (σε συγκρούσεις 7 και 8 TeV) υπερβαίνουν όλοι τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου (ΚΠ), και μάλιστα συνεχίζουν δείχνοντας πώς ένα πολύ απλό υπερσυμμετρικό μοντέλο που περιλαμβάνει ελαφριά stop κουάρκς, charginos και neutralinos θα μπορούσε να προσαρμοστεί πολύ καλύτερα στα δεδομένα από ό,τι το ΚΠ.

Οι συγγραφείς του paper αυτού παρουσιάζουν μία προσαρμογή (fit) του ΚΠ+Απλουστευμένη Υπερσυμμετρία στην οποία φαίνεται πως υπάρχει στα δεδομένα προτίμηση, σε επίπεδο 3σ, για την υπόθεση που περιλαμβάνει την υπερσυμμετρία. Επιτέλους μια πρώτη ένδειξη υπέρ της Υπερσυμμετρίας;

Το θέμα είναι σοβαρό, μιας και οι διαδικασίες παραγωγής WW στον LHC περιλαμβάνουν κυρίως εξαΰλωση κουάρκ-αντικουάρκ, στην οποία υπεισέρχεται μικρή αβεβαιότητα. Είναι μία πολύ απλή ηλεκτρασθενής διαδικασία και οι υπολογισμοί του ΚΠ είναι δύσκολο να πέφτουν πολύ έξω. Αλλά βέβαια, με τόσες μετρήσεις ρυθμών παραγωγής στον LHC, το να βρεις διαφωνία σε μία μπορεί να είναι τόσο σημαντικό;

Απ’ ό,τι φαίνεται, μπορεί. Στην πραγματικότητα, το μόνο κομμάτι που έλλειπε από το παζλ των μετρήσεων πάνω στις ενεργούς διατομές παραγωγής WW, με βάση τα δεδομένα του Run 1 στον LHC, ήταν το σχετικό αποτέλεσμα από το ATLAS στα 8-TeV. Και αυτό είναι που μάθαμε στο ICHEP: Το ATLAS μετράει την ενεργό διατομή στα 71.4±7.5 pb, ιδιαίτερα υψηλότερη από τη θεωρητική πρόβλεψη (57.3 pb). [Για σύγκριση, πριν από έναν χρόνο το CMS δημοσίευσε τη δική του μέτρηση στα 8 TeV, σ(WW)=69.9±6.9 pb, χρησιμοποιώντας ελάχιστα fb -1 από τα δεδομένα σε ενέργειες 8 TeV. Το αποτέλεσμα έχει μεγαλύτερη ακρίβεια από το νέο του ATLAS, αλλά κυριαρχείται από συστηματικά σφάλματα, όπως και τα αντίστοιχα των ανταγωνιστών του, οπότε και είναι απίθανο να προσπαθήσουν στο CMS να το βελτιώσουν στο άμεσο μέλλον.] Μία μεγέθυνση της νέας μέτρησης του ATLAS φαίνεται παρακάτω- η επιλογή των χρωμάτων μου κέντρισε το ενδιαφέρον σε τέτοιο βαθμό ώστε να θελήσω να κάνω ζουμ στην νέα μέτρηση (τρίτη σειρά από πάνω).

Είναι λίγο καλλιτεχνικό, έτσι δεν είναι; Οι γκρι μπάρες είναι οι προβλέψεις του ΚΠ και με το πορτοκαλί είναι η νέα μέτρηση του ATLAS. Εντάξει, μπορεί να είναι οπτικά ωραίο, αλλά μεγαλύτερο ενδιαφέρον έχει το συνολικό γράφημα, όπου συνοψίζεται η κατάσταση από πολλές διαφορετικές μετρήσεις στο ATLAS. Δείτε από κάτω:

Το γράφημα φαίνεται πολύπλοκο, αλλά δεν χρειάζεται να εστιάσετε παντού. Το ουσιώδες της υπόθεσης είναι πως σύμφωνα με τα δύο πειράματα του LHC έχουμε κάποιες συνεπείς αποκλίσεις σε σχέση με το ΚΠ και πως ένα σχετικά απλό υπερσυμμετρικό μοντέλο φαίνεται να προσαρμόζεται στα δεδομένα αποτελεσματικά. Ακόμα πιο σημαντικό είναι το γεγονός πως το μοντέλο αυτό δημοσιεύτηκε πριν από το paper και επομένως είναι έως έναν βαθμό «επιβεβαίωση» της εικόνας που κατασκεύασαν οι θεωρητικοί.

Το παρακάτω διάγραμμα, το οποίο έχει ληφθεί από το preprint, δείχνει πως έχει η κατάσταση. Είναι ένα «temperature plot» όπου φαίνεται η διαφορά της πιθανότητας από την τιμή των παραμέτρων για την οποία έχουμε την βέλτιστη προσαρμογή. Τιμές κοντά στο μηδέν είναι με κόκκινο και αντιπροσωπεύουν τιμές του παραμετρικού χώρου που συμφωνούν με τις μετρήσεις των ATLAS και CMS. Στον οριζόντιο άξονα είναι η μάζα του stop και στον κάθετο άξονα η μάζα του neutralino. Υπάρχει μία συμπαθητική ζώνη από κόκκινα σημεία γύρω από τις τιμές Mstop=200 GeV και Mneu=150 GeV η οποία είναι εκτός της περιοχής του παραμετρικού χώρου που έχει εξαιρεθεί μέχρι τώρα (η οποία είναι κάτω από τη μαύρη, την κίτρινη και τη μωβ καμπύλη.).

Παρά το εντυπωσιακό διάγραμμα και τη κόκκινη ομάδα από τιμές υψηλής πιθανότητας ευρισκόμενη πάνω από τις περιοχές που έχουν εξαιρεθεί, η σημαντικότητα των αποκλίσεων από το ΚΠ είναι ακόμα πολύ ασθενής για να ισχυριστούμε το οτιδήποτε. Βέβαια, είναι σίγουρο, όπως είπα και παραπάνω, ότι μερικοί θα επιλέξουν να μην κοιμηθούν σήμερα, προτιμώντας καλύτερα να καθίσουν να ελέγξουν τα μοντέλα τους.

Τι να πω…Εάν είναι τριαντάφυλλα, θα ανθίσουν. Εύχομαι πραγματικά να ανθίσουν, αλλά παραμένω σκεπτικός. Θα έχει ενδιαφέρον να δούμε εάν το ATLAS και το CMS θα κάνουν μία προσπάθεια να ερευνήσουν με μεγαλύτερες λεπτομέρειες τα υπερσυμμετρικά σενάρια που αναπαράγουν με ακρίβεια το παρατηρούμενο πλεόνασμα. Φυσικά, οι έρευνες για υπερσυμμετρία στον LHC είναι ήδη ευρύτατες, αλλά κάποια γωνιά του παραμετρικού χώρου μπορεί πιθανόν να ερευνηθεί με μεγαλύτερη προσοχή…Και περιττό να πω, πως η λειτουργία του LHC στα 13-TeV το 2015 έρχεται όλο και πιο κοντά. Οπότε μείνετε συντονισμένοι για κάτι το οποίο μπορεί να εξελιχθεί στην ανακάλυψη του αιώνα -ο οποίος ναι μεν είναι ακόμα μικρός, αλλά είναι ήδη γεμάτος με σημαντικά γεγονότα!

Αρχικό Άρθρο:
www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/new_lhc_diboson_excesses_point_to_light_susy-139965
4 Ιουλίου 2014

(Σημείωση: Τις τελευταίες μέρες υπάρχουν νέα στοιχεία με τα οποία ίσως να μην χρειάζεται να καταφύγουμε στην υπερσυμμετρία για να εξηγηθούν οι αποκλίσεις. Δείτε εδώ και εδώ.)

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