Σήμα Υπερσυμμετρίας στον LHC; To CMS βλέπει πλεόνασμα 2.6 σίγμα!

Τις προάλλες έγραψα ένα άρθρο όπου αναφέρθηκα στις μειωμένες προσδοκίες που υπάρχουν από τους υποστηρικτές της Υπερσυμμετρίας, οι οποίοι απ’ ότι φαίνεται περιμένουν να βρουν φαινόμενα επιπέδου 2 σίγμα στα δεδομένα από την επόμενη περίοδο λειτουργίας του LHC. Κάτι τέτοιο θα κρατήσει ζωντανές τις ελπίδες τους, όπως δείχνουν τα πράγματα.

Δεν θα είχα πρόβλημα να τους αφήσω να περιμένουν μέχρι τα τέλη του 2015, όταν και θα έχουμε κοιτάξει τα πρώτα inverse femtobarns συγκρούσεων σε ενέργειες 13 TeV, αλλά συνέβη σήμερα κάτι που με έκανε να αλλάξω γνώμη. Ένας συνάδελφος επεσήμανε στα σχόλια ενός άρθρου μου, πως τα πειράματα του LHC, γενικά, δεν δημοσιεύουν πλεονάσματα επιπέδου 2 και 3 σίγμα, περιμένοντας περισσότερα δεδομένα τα οποία και θα «εξολοθρεύσουν» τη διακύμανση. Αυτός είναι ένας θαρραλέος (και μάλλον αβάσιμος) ισχυρισμός!

Έτσι, λοιπόν, αποφάσισα να κάνω χαρούμενους σήμερα τους υποστηρικτές της υπερσυμμετρίας, αναρτώντας ένα κείμενο εδώ για ένα πολύ πρόσφατο αποτέλεσμα έρευνας του CMS για μία «αιχμή (edge)» σε διλεπτονικά γεγονότα, η οποία περιλαμβάνει φαινόμενο σημαντικότητας 2.6 τυπικών αποκλίσεων. Θα αναρωτιέστε, όμως, τι είναι αυτή η «αιχμή». Καλή απορία, οπότε επιτρέψτε μου να προσπαθήσω να το εξηγήσω.

Η παραγωγή υπερσυμμετρικών σωματιδίων σε συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου αναμένεται να γίνεται σε ζεύγη. Κάθε ένα από τα δύο αυτά σωματίδια πιστεύεται γενικά πως παράγει μία αλυσίδα διασπάσεων κατά τις οποίες εκπέμπεται ένα σωμάτιο που ανήκει στο Καθιερωμένο Πρότυπο και το υπερσυμμετρικό σωματίδιο μετατρέπεται σε ένα ελαφρύτερο, επίσης όμως υπερσυμμετρικό, έτσι ώστε να διατηρείται μία ποσότητα που χαρακτηρίζει τα υπερσυμμετρικά σωματίδια. Στο τέλος της αλυσίδας βρίσκει κανείς συνήθως, εκτός όλων των άλλων παραγόμενων σωματιδίων, ένα νετραλίνο. Το νετραλίνο είναι ένα σταθερό σωματίδιο το οποίο διαφεύγει από τον ανιχνευτή χωρίς να εντοπιστεί, αφήνοντας πίσω του μία υπογραφή ελλείπουσας ενέργειας, μία ενεργειακή ανισορροπία στο επίπεδο κάθετο στη διεύθυνση των δεσμών πρωτονίων.

Τώρα, ανάλογα με το ποια είναι η ιεράρχηση των μαζών των υπερσυμμετρικών σωματιδίων, η αλυσίδα των διασπάσεων μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την παρατήρηση φορτισμένων λεπτονίων και ελλείπουσας ενέργειας. Οι υπογραφές οι οποίες περιλαμβάνουν ηλεκτρόνια και μιόνια είναι ιδιαίτερα χρήσιμες μιας και είναι σχετικά απαλλαγμένες από «άσχημα» υπόβαθρα ισχυρά αλληλεπιδρώντων σωματιδίων. Εάν υπολογίσει κανείς την αναλλοίωτη μάζα των ζευγών λεπτονίων που παρατηρούνται σε ένα γεγονός και το γεγονός αυτό είναι μέρος της αλυσίδας διασπάσεων υπερσυμμετρικών σωματιδίων, τότε τα δύο λεπτόνια μπορεί να εμφανίζουν μία μη γκαουσιανή κατανομή μάζας (αντίθετα, δηλαδή, με ό,τι θα περίμενε κανείς από έναν συνηθισμένο συντονισμό), αλλά μία κατανομή με ένα περίεργο σχήμα και με μία οξεία αιχμή στη μέγιστη τιμή της.

Ο λόγος για αυτό το παράξενο σχήμα είναι πως τα δύο λεπτόνια δεν προέρχονται από την ίδια διάσπαση, αλλά από τη διαδοχική διάσπαση δύο διαφορετικών υπερσυμμετρικών σωματιδίων. Επομένως η αναλλοίωτη μάζα τους μπορεί να έχει οποιαδήποτε τιμή, έως μία μέγιστη – δεν μπορούν να υπερβούν τη διαφορά μάζας των δύο υπερσυμμετρικών σωμάτων. Έτσι, για παράδειγμα, εάν το σωμάτιο Χ δώσει ηλεκτρόνιο και μετατραπεί στο σωμάτιο Υ, και εν συνεχεία το Υ εκπέμψει ένα μιόνιο και μετατραπεί σε Ζ, τότε η διαφορά μαζών X-Z είναι η μέγιστη που μπορεί να δώσει το ζεύγος ηλεκτρονίου-μιονίου.

Μία καθαρή αιχμή στη μάζα των ζευγών λεπτονίων θα αποτελούσε μία πολύ «χτυπητή» υπογραφή υπερσυμμετρικής αλυσίδας διασπάσεων. Και έτσι το CMS έψαξε για κάποιο ίχνος μιας τέτοιας δομής στα δεδομένα του. Η ανάλυση τους είναι πλέον δημοσιευμένη και μπορείτε να δείτε το βασικό διάγραμμα παρακάτω. Αυτό είναι η κατανομή αναλλοίωτης μάζας ζευγών ηλεκτρονίων ή ζευγών μιονίων σε γεγονότα τα οποία έχουν επιλεγεί ως υποψήφια για να περιέχουν το επιθυμητό σήμα με κάποιες απαιτήσεις για τους πίδακες και την ελλείπουσα ενέργεια. Η μπλε καμπύλη περιγράφει μία συνιστώσα του υποβάθρου, η κόκκινη αντιστοιχεί στη διαδικασία Z-> διλεπτονική κορυφή και το continuum background, ενώ η πράσινη καμπύλη δείχνει το σήμα το οποίο έχει μία τυπική τριγωνική δομή.

Εντυπωσιακό, έτσι δεν είναι;

Ναι, μόνο που, δυστυχώς, αστειεύομαι – το παραπάνω διάγραμμα είναι μία προσομοίωση Monte Carlo του πως θα φαίνονταν τα δεδομένα μας εάν είχαμε εκεί ένα σήμα υπερσυμμετρίας! Αλλιώς, δεν θα χρησιμοποιούσα τόσο ήπιους τόνους στο κείμενο. Θα μιλούσα για την ανακάλυψη του αιώνα! Όχι, τα πραγματικά δεδομένα του CMS φαίνονται από κάτω.


Όπως μπορείτε να δείτε, πάνω από το προβλεπόμενο υπόβαθρο, φαίνεται ένα πολύ μικρό πλεόνασμα τριγωνικού σχήματος στις χαμηλές αναλλοίωτες μάζες. Η σημαντικότητα του εκτιμάται πως είναι 2.6 σίγμα. Φυσικά, όπως εξήγησα στο προηγούμενο άρθρο (και δεν θα το ξανακάνω εδώ), δεν υπάρχει χώρος για ενθουσιασμό, αλλά είναι σε κάθε περίπτωση ένα ενθαρρυντικό αποτέλεσμα για όσους πιστεύουν βαθύτατα πως κάποιο σήμα υπερσυμμετρίας θα βρεθεί, εν τέλει, στον LHC. Ποιος ξέρει-ίσως αυτό εξελιχθεί σε 5 σίγμα του χρόνου…

Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερες λεπτομέρειες για την ανάλυση, μπορείτε να τις βρείτε στις διαφάνειες του Κώστα Θεοφιλάτου από το ETH της Ζυρίχης, ή σε αυτή τη διεύθυνση.

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/a_susy_edge_signal_cms_sees_a_26_sigma_excess-141816
2 Αυγούστου 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 Σήμα Υπερσυμμετρίας στον LHC; To CMS βλέπει πλεόνασμα 2.6 σίγμα!

  1. Παράθεμα: Σήμα Υπε...

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