Хиггс бозоны 2016 деректері бойынша стандартты көрінеді • Игорь Иванов • «Элементтер» туралы ғылым жаңалықтары • Хиггс бозоны, жаңа физиканы іздеу, элементар бөлшектердің физикасы

Хиггс бозоны 2016 деректеріне сәйкес келеді

Сурет. 1. 2016 деректері бойынша «ескі танысу»: фондық түсіру кезінде екі фотонды оқиғаларды инвариантты масса арқылы тарату 125 ГэВ массасы бар тегіс Higgs шыңын көрсетеді. Cms-results.web.cern.ch сұлбасы

Наурызда өткен Moriond 2017 конференциялар сериясында 2016 статистикасы бойынша алынған үлкен Адрон коллайдерінің нәтижелері алғаш рет ұсынылды. Хиггс бозоны дәстүрлі түрде ерекше назар аударылатын тақырыптардың тізіміне кіреді. Бес жыл бұрын коллайдта ашылған Хиггс бозоны өзінен-өзі тергеу құралына айналды: оның көмегімен физиктер Стандартты модельден тыс көптен күткен физиканың кеңестерін табуға тырысуда. Дегенмен, стандартты модель қайтадан сынақтан өтті, бұл жолы 2016 Higgs деректерімен.

Prehistory

2012 жылы Үлкен Адрон коллайдерінде Хиггс бозоны табылды. Жарты ғасырдан астам уақытқа созылған іздеулердің бүкіл кезеңі жаңа кезеңмен ауыстырылды – Хиггс бозоны мұқият зерттеу. Бұл бозон микроұяшықта кездесетін барлық нәрселерден мүлдем өзгеше болып табылады, сондықтан оны экспериментальды түрде әрі қарай зерттеу керек.Көптеген теориялықтар әлемнің Хиггс секторы Стандартты модельдегідей қарапайым емес, бірақ әлдеқайда бай деп санайды. Сонымен қатар, осы бозоның артында белгісіз қарапайым бөлшектердің бүкіл әлемдері жасырынып, басқа эксперименттер сезімтал емес және біз қазір «Хиггс құралымен» зерттей аламыз. Мұның бәрі физиктерді бұрын-соңды білмейтін жолдармен шағын толқынды зерттеудің жаңа әдістерін іздестіріп отырады.

Сурет. 2 Хиггс бозонына ең қысқа кіріспе. Сурет Игорь Иванов

Хиггс бозонының құралы ретінде құралы – бұл Үлгі Үлгі біржолғы және әртүрлі сипаттамалары: ыдырау нұсқалары мен ықтималдығы, оның туылу процестерінің көлденең қимасы, басқа бөлшектермен өзара әрекеттесу қарқындылығы. Осы сипаттамалардың қысқаша мазмұны СМ-де 125 ГэВ массасы бар Хиггс бозон бетінде табылуы мүмкін: стандартты модельдің күтуі. Физиктер үшін ол Үлкен Адрон коллайдерінің жаппай мөлшерде шығаратын таныс, таныс бөлшектеріне айналды. Бірақ Хиггс бозонының эксперименттік зерттеуі жаңадан басталды,біз кез-келген кезеңде табу арқылы күтуге болады – бұл шамалардың кез-келгенінде СМ болжауынан статистикалық маңызды айырмашылықты табу жеткілікті.

Алдымен, 2012-2013 жылдары, статистика әлі де кішкентай болғанда, мұнда ерекше нәрселер туралы кеңестер пайда болды және жоғалып кетті: осы жылдардағы Хиггс жаңалықтар арнасын қарау. Алайда, Run 1 деректерді талдағандықтан, бұл ауытқулар жоғалып кетті. 2016 жылы жарияланған барлық Run 1 статистикасы бойынша соңғы ATLAS және CMS деректері Хиггс бозонының таңғажайып стандартты суретін көрсетті. Осы нәтижелердің қысқаша сипаттамасы қысқаша түрде суретте көрсетілген. 3

Сурет. 3 LHC Run сеансының нәтижелері бойынша Хиггс бозонының қасиеттері 1. Сурет Игорь Иванов

LHC 13 TeV соқтығысуының рекордтық энергиясы болғанда, Хиггса статистикасын жинау жылдамдығы бірнеше есе өсті. Өткен жылдың ортасында ICHEP 2016 халықаралық конференциясында жарықтың 12-15 фб негізінде алынған Run 2 деректері жарық көрді.−1 (ICHEP 2016 жаңалықтарының мәліметтерін қараңыз: Хиггс бозоны жаңа деректерде және ICHEP 2016-да тамаша көрінеді: «Хиггс бозонының» «портретіне» жаңа белестер қосылды). Тұтастай алғанда сурет жалпыға бірдей стандартты болып көрінді: SM-тің болжауымен сәйкес келетін қателіктер жағдайында, барлық өлшенетін сипаттамалар, туған ttH-каналын қоспағанда.TtH процесі біршама ауытқуды көрсетті, бірақ олар тым көп ынта алмады.

Дегенмен, әрдайым Хиггс бозоны жарқын ашылымдарды жасайды, бірақ олар қателер азайған кезде ғана байқалады. Сондықтан, Higgs физикасы үшін көптеген статистикалық деректер өте маңызды: көбірек деректер, бозонның сипаттамаларын неғұрлым нақты өлшейміз және оның қатысуымен сирек кездесетін процестерді байқай аламыз. Бүгінгі таңда жинақталған 2 статистикасы 36 фб болды−1бұл өткен жазғы деректердің көлемінен үш есе асып түседі және Run 1 барлық статистикасын айтарлықтай жабады. Сондықтан физиктер мұнда бұрын көрмеген құбылыстар туралы кеңестерді көруге дайын болды.

Moriond EW және Moriond QCD конференцияларында жасалған Higgs бозонының қасиеттері туралы есептер, бөлшектердің физикасы бойынша екі негізгі жазғы конференциялар бір-бірін толықтырды. Олар бозон өндірудің әртүрлі арналары мен ыдырауы және оның кейбір қасиеттерін зерттеу үшін жаңа алдын-ала нәтижелерді көрсетті. Бұл нәтижелердің барлығы барлық Run 2 статистикасына негізделмеген; Кейбір жағдайларда, талдау әлі де жалғасып жатса, физиктер соңғы көктемде және жазда жиналған деректерге немесе тіпті 2015 жылғы деректерге шектелген.Төменде біз Хиггс зерттеу бағдарламасының жаңартумен зардап шеккен нүктелерін тізімдейміз.

H → γγ ыдырауы

CMS-тің бірінші кезектегі ынтымақтастығы Run 2 статистикасының толық нәтижелерін көрсетті (жариялау CMS-PAS-HIG-17-015), суретті қараңыз. 1. ATLAS өткен жаздың нәтижелерін қайталауға шектелген (жарияланым ATLAS-CONF-2016-067). Қате шегінде екі өлшем де стандартты үлгіге сәйкес келеді.

Бір маңызды нәзіктікті ескеріңіз. Хиггс сигналы CM болжамы бойынша ерекшеленетіні туралы қорытынды Хиганс бозонының протон соқтығысуы кезінде күрделі есептеулерге негізделген. Енді экспериментаторлар өз деректерін нарықтық теорияның үшінші негізгі тәртібінде (NNNLO-нен кейінгі-келесі-көшбасшы-тәртібі) екінші рет (NNLO) айырмашылығы бар есептеулермен салыстырады. Жүргізу уақыты 1. Әдетте, ыдыраудағы осындай алыс тапсырыстар өте аз қосындылар береді, бірақ екі глюонның бірігуінде Хиггс бозонының өндіріс қимасы үшін олар қатты 10% құрады. Бұл есептеулер жақында, 2015 жылы аяқталды, және олар тағы да мыңдаған диаграммалардың супер кешенді есептеуі скучным теоретиктердің асығысы емес, бірақ эксперименталдық нәтижелерді дұрыс түсіндіру үшін өте маңызды мәселе екенін көрсетті.

H → ZZ * → 4 лептон ыдырауы

ATLAS сондай-ақ, қазіргі уақытта жаңа деректерді жария етпейді және өткен жылғы нәтижелермен шектеледі (ATLAS-CONF-2016-079). CMS статистикаға арналған деректерді Run 35-тен 35,9 фб көрсетті−1. Хиггс шыңы инвариант массасы бойынша төрт лептонның бөлінуінде өте жақсы көрінеді (4-сурет); осы үлесті 2013 жылдың қорытындысы немесе өткен жылмен салыстыруға болады (ICHEP 2016 жаңалықтарындағы 3-сурет: Хиггс бозоны жаңа деректерде айқын көрінеді).

Сурет. 4 CMS Run 2-дегі инвариантты массадағы төрт лептонның таралуы. Ұпайлар – тәжірибелік деректер көк гистограмма – фондық процесстердің үлесі, қызыл гистограмма – Хиггс бозонының үлесі. Cms-results.web.cern.ch сайтынан сурет

Хиггс сигналының шамасы СМ болжамына қатысты \ (\ mu_ {ZZ} = 1 {,} {%, {}}}. Осы арнадағы Хиггстың шыңы соншалықты айқын, оның позициясы бойынша CMS бозон массасын өлшеді: м = 125.26 ± 0.20 ± 0.08 ГэВонда статистикалық және жүйелі қателер жеке көрсетіледі. Бұл жаңа өлшем бір ғана! – Run 1 деректеріндегі барлық арналарда ATLAS және CMS нәтижелерінің нақтылығынан асып кетті.

Бұдан басқа, CMS Хиггс бозонының ыдырауы кезінде 4 лептонға (CMS-PAS-HIG-17-011) бұрыштық бөлуді талдау туралы баяндады. Сондай-ақ, ол Хиггз бозоны мен Z-бозондар арасындағы гипотетикалық ауытқушылықтардың варианттарына шектеу қоюға мүмкіндік беретін СМ күтуге қайшы келмейді.Біз 4 лептон үшін ыдырайтын арна соншалықты сирек кездесетінін, алайда детекторлар әлі күнге дейін тек бірнеше оқиғаларды көргенін және оларды көп өлшемді бөлуді біршама ақылға қонымды деп айтуға болады. Енді тіркелген оқиғалар саны жүзден асады, ал осы статистикалық мәліметтерден толығырақ ақпарат алуға болады.

Арна туған ttH

Хиггз бозоны мен анти-анти-кваркке қарсы антиоксиданттардың бірлескен туындысы, бәлкім, Хиггз бозонымен байланысты ең қызықты процесс. Сирек болғандықтан, физиктер Run 1 деректерінде бұл процесті көрмеген, алайда ол SM-нен болжанған 2-3-ке қарқындылығы бар екі серіктестіктің деректерінде пайда болды. Бұл ауытқу ttH-ауытқулары деп аталды және теориялықтар арасында үлкен қызығушылық тудырды. Бұдан басқа, 8-ден 13-ге дейін ТВ-да көшу кезінде бұл үдерістің ықтималдығы төрт есе өседі және Run 2 сессиясының алғашқы нәтижелері бұл аномалияны жауып тастаған жоқ. Осылайша, зерттеушілер 2016 жылы LHC үкімі туралы күдікпен күтті.

Бірден біз соңғы шешімді әлі жоқ деп санаймыз: осындай бөлшектердің ыдырауы үшін барлық нұсқаларды талдау өте қиын болды. ATLAS қайтадан жаңа деректерді ұсынбады.Бірақ CMS жағымсыз тосын сыйлады. Кейбір нақты ыдырау арналарын зерттеу нәтижелері бойынша ttH процесі CM-ден аспайды, бірақ оған жете алмайды (CMS-PAS-HIG-17-003). ТТH арнасында туылған Хиггс бозаны б-анти богтар кваркке (CMS-PAS-HIG-16-038) ыдыратқанда, әсіресе бас тартады. Бұл процесс мүлдем көрінбейді – деректерді ресми талдау оның ықтималдығы үшін теріс нәтиже береді! – Дегенмен, ол барлық шоттар арқылы өтетін еді. Бұл дегеніміз, егер басқа ыдырағаннан кейін кейбір артықшылықтар көрінсе де (мысалы, бір CMS деректерінде көп қабатты арнада, CMS-PAS-HIG-17-004 сияқты), онда біріккен нәтиже көрінеді СМ-дан өзгеше болмайды.

Суретте. 5 әртүрлі арналардағы ttH-дің тууымен қазіргі шиеленісті жағдайды көрсетеді. ATLAS және CMS деректердері әртүрлі, әр түрлі арналардағы деректер бір ынтымақтастықта да әр түрлі. Олардың «көзімен» байланысы бір нәрсені береді және түпнұсқа ttH-аномалиясын (жоғарыда көрсетілген) дәлелдейді. Бәлкім, осы және басқа да ұқсас деректердің негізінде айтылуы мүмкін жалғыз нәрсе, физиктер әлі де басқа бөлшектермен бірге жүретін жоғарғы-кварк жұпының туу процестерін талдай алмайды.Мұнда көп жұмыс атқару керек, бірақ коллайдтың тағы бір жұмбағы жабық болады деп ойлаймын. Алайда ATLAS және CMS ресми деректерін күтеміз.

Сурет. 5 Hggs бозон ыдырауының әртүрлі арналарын өңдеген кезде екі бірлескен жұмыс туралы деректерде Standard Model болжамына қарағанда ttH процесінің қарқындылығы. Николас Чаноннан Moriond QCD конференциясында сөйлестік.

Сирек процестер

Хиггз бозоны айқын көрінетін процестерден басқа, физиктер оның туылуының және ыдырауының сирек нұсқаларын тіркеуге тырысуда. Осылайша, ATLAS ынтымақтастығы Run 2 статистикасы бойынша алынған екі осындай процестің нәтижелерін ұсынды: бірінші – Хиггс бозонының мюонға ыдырауы. Бұл өте сирек ыдырау және оның сирек кездесетін мюондардың массасы: стандартты Хиггс бозоны массаның квадратына пропорционалды фермиондарға ыдырайды. Дегенмен, мұндай ыдырау мүмкін болатын жаңа физика модельдері бар. Сонымен қатар, бұл Хиггс бозонының «адгезия күші» үшін үшіншіден емес, екінші ұрпақтың фермиондарымен өлшеуге мүмкіндік беретін процестің жалғыз мысалы. Сондықтан, қазіргі кездегі статистика оны тіркеу үшін жеткіліксіз болғанына қарамастан, физиктер оны іздейді. Кім біледі, кенеттен бақытты.

Біз 2014 жылы Run 1-нің (ATLAS Хиггз бозонының мюонға ыдырауын іздейтін) нәтижелері бойынша ATLAS-тің осындай талдауы туралы жаздық; содан кейін ММ-ны болжаудан 7 есе жоғары ықтималдығы шегі анықталды. Енді ATLAS жаңа талдау жасады және жоғарыдан жоғары шектеуді анықтады, тек 3 есе артық SM (ATLAS-CONF-2017-014). Мүмкін, Run 2 сессиясының соңында физиктер бұл ыдырауды сезіне бастайды.

АТЛАС-тың екінші қызықты процесі – бұл Хиггс бозонының қара материя бөлшектерімен (ATLAS-CONF-2017-024) туылуы. Бұл модель, әрине, мүмкін емес, себебі бұл жерде қараңғы заттардың бөлшектеріне үміткерлер жоқ, бірақ бұл көбінесе жаңа физиканың түрлі теорияларында кездеседі (6-сурет). Қараңғы заттардың детектор бөлшектерi, әрине, ұстай алмайды. Бірақ содан кейін олар көлденең импульсті алып тастайды, ал детектор оны сезінеді. Осылайша, ATLAS ынтымақтастығы инвариантты массасы бар екі фотонды дүниеге келген, дәл Хиггс бозон массасына ұқсас оқиғаларды таңдап, көлденең импульстың күшті теңгерімсіздігін байқады. Өкінішке орай, ерекше ештеңе байқалмады.

Сурет. 6 Хиггс бозонының туылуына арналған екі нұсқа с ал қара бөлшектермен х: Z-бозонның гипотетикалық ауыр аналогы арқылысол жақта) және Хиггс бозонының ауыр «ағасы» арқылы H (оң жақта).Atlas.web.cern.ch сайтындағы сурет

CMS-тің бірлескен жұмыстары басқа сирек процестерге арналған іздеу нәтижелерін көрсетті – бір мезгілде екі Higgson бозонының пайда болуы. SM шеңберінде, бұл процесс әлі күнге дейін LHC үшін үмітсіз, бірақ оның әртүрлі Multihiggs модельдерінде күрт өсуі сезімге мүмкіндік береді. Әлі күнге дейін бұл болмады. CMS детекторы бұл процесті көрмеді және жоғарғы шегі ықтималдығы үшін белгіленді, бұл CM күтілуінен 28 есе көп (CMS-PAS-HIG-17-002). Дегенмен, бұл Run 1-нің нәтижесінен әлдеқайда жақсы: жоғарыдан жоғары шекара SM-нен 70 есе артық.

Нәтижелері

Техникалық тұрғыдан үлкен Адрон коллайдері тамаша жұмыс істейді және жазбадан кейін рекорд орнатады. 2016 жылға жиналған статистика, коллайдерлік жұмыстардың барлық өткен жылдарына кедергі келтірмейді. Бұл статистика мұқият өңдеуді талап етеді, сондықтан оған негізделген нәтижелер бір жылдан асады. Деректерді талдау да күрделілік пен болжаудың жаңа биіктеріне жетеді. Дегенмен, ғылыми кері байланыс Ризашылық 2 сессиясының қарсаңында армандаған физиктер сияқты соншалықты қызық емес.Мигранттардың конференцияларында ұсынылған Хиггстың кішкене жиынтығы SM болжамы бойынша Хиггс бозонының қасиеттерінде негізгі айырмашылықтарды көрсетпейді .Дегенмен, Хиггса бізден ондаған есе көп нәтиже береді – біз тек шыдамды болуымыз керек.

Көздер:
1) Moriond 2017 EW және Moriond 2017 КХД конференцияларының ғылыми бағдарламасы.
2) ATLAS және CMS ынтымақтастығының алдын-ала Хигг нәтижелерінің кестесі.

Игорь Иванов


Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: