14. augusta 2020
CMS

Meranie doteraz nepozorovaného rozpadu Higgsovho bozónu

Veľmi zaujímavé výsledky prezentované počas druhého dňa konferencie ICHEP2020 [0] pochádzajú z experimentov ATLAS a CMS. Sú to dva najväčšie experimenty na urýchľovači LHC v CERN-e, ktoré už tradične súperia o prvenstvo pri prinášaní nových výsledkov. Ich najväčším objavom je nepochybne Higgsov bozón [1] z roku 2012 [2][3].

Higgsov bozón je produkovaný v zrážkach protónov v LHC, ale takmer okamžite sa rozpadá rôznymi spôsobmi na ľahšie častice. Štandardný model predpovedá pravdepodobnosti pre rôzne rozpadové kanály, pričom prvý krát bol Higgs pozorovaný prostredníctvom dvoch z nich: rozpad na dva fotóny a rozpad na štyri leptóny (teda ľahké častice). Zaujímavé je, že tieto rozpady ani zďaleka nie sú najpravdepodobnejšie; sú ale experimentálne ľahšie rozoznateľné od iných (pozaďových) procesov, medzi ktorými hľadáme rozpady Higgsovho bozónu. Roky naberania dát a analýz po prvotnom objave trvalo kým sa experimentom podarilo nájsť ďalšie predpovedané rozpadové kanály, ako napríklad rozpad na 2 tau leptóny či rozpad na 2 bottom kvarky.

To nás privádza k dnešným novým výsledkom z experimentov ATLAS [4] a CMS [5]. Rozpad Higgsovho bozónu na 2 mióny [6] dlho odolával pozorovaniu napriek tomu, že jeho pravdepodobnosť je len približne desať krát menšia oproti rozpadu na dva fotóny. Dôvodom je, že páry miónov bežne vznikajú pri zrážkach protónov v LHC (napríklad prostredníctvom tzv. Drell-Yan procesu [7]). Hľadanie rozpadu Higgsa na dva mióny je preto veľmi náročné a experimenty sú nútené používať rôzne sofistikované metódy (kľúčový pojem je machine learning) na rozoznávanie hľadaného rozpadu od tých nezaujímavých.

Experimenty znova potvrdili prítomnosť Higgsovho bozónu.
Experimenty znova potvrdili prítomnosť Higgsovho bozónu. Zdroj CMS/ATLAS.

Výsledky sú ilustrované na priloženom obrázku. V ňom je vidno ako oba experimenty vidia malý nadbytok dvojmiónových rozpadov nad predpovedaným pozadím v blízkosti hmotnosti Higgsovho bozónu, čo je približne 125 GeV. To, či je meranie štatisticky významne odlišné oproti prípadu ak by tam hľadaný rozpad nebol, v časticovej fyzike vyčísľujeme pomocou takzvanej významnosti (significance). Zvykom je, že za objav novej častice či procesu považujeme meranie s významnosťou 5-sigma. Nové merania rozpadu Higgsa na 2 mióny dosiahli významnosť 2-sigma (ATLAS) a 3-sigma (CMS), čo znamená, že zatiaľ síce nehovoríme o objave, ale o náznaku, ktorý sa takmer
isto potvrdí v nových dátach, ktoré začnú experimenty naberať v roku 2021.

[Michal] [0] https://tinyurl.com/yx9kajz4
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson
[2] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037026931200857X
[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269312008581
[4] https://indico.cern.ch/event/868940/contributions/3813477/
https://arxiv.org/abs/2007.07830
[5] https://indico.cern.ch/event/868940/contributions/3813523/
https://cds.cern.ch/record/2725423?ln=en
[6] Presnejšie povedané na jeden mión a jeden anti-mión.
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Drell%E2%80%93Yan_process

Pridaj komentár