× malapit na
Weighted Z-photon(γ) mass distribution ng mga kaganapan na nagbibigay-kasiyahan sa H→Zγ na seleksyon sa data. Ang mga kaganapan ay tinitimbang ng inaasahang signal at background sa isang Zγ mass window na naglalaman ng 68% ng inaasahang signal. Ipinapakita ng solidong asul na curve ang fitted signal plus background model habang ang dashed line ay nagpapakita ng modelo ng background component ng fit. Pinasasalamatan: ATLAS Collaboration/CERN
Natuklasan ng mga particle physicist ang isang nobelang pagkabulok ng Higgs boson sa unang pagkakataon, na nagpapakita ng kaunting pagkakaiba sa mga hula ng Standard Model at marahil ay nagtuturo sa bagong pisika na higit pa rito. Ang mga natuklasan ay inilathala sa journal Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal.
Ang Higgs boson, na hinulaang ayon sa teorya mula noong 1960s, sa wakas ay nakita noong 2012 sa laboratoryo ng CERN sa Europe. Bilang isang quantum field ito ay tumatagos sa lahat ng espasyo, kung saan ang ibang mga particle ay gumagalaw, na nakakakuha ng masa sa pamamagitan ng kanilang pakikipag-ugnayan sa Higgs field na maaaring halos maisip bilang isang uri ng pagtutol sa kanilang paggalaw.
Maraming mga pag-aari ng Higgs boson, kabilang ang kung paano ito nakikipag-ugnayan sa ibang particle at sa kanilang mga nauugnay na field, ay nasukat na upang maging pare-pareho sa mga hula ng Standard Model.
Ngunit ang isang Higgs decay mode na hindi pa naimbestigahan ay isang teoretikal na hula na ang isang Higgs boson ay paminsan-minsan ay mabubulok at makakagawa ng isang photon, ang quantum ng liwanag, at isang Z boson, na isang uncharged particle na kasama ng dalawang W boson ay naghahatid. ang mahinang puwersa.
Ang mga siyentipiko mula sa ATLAS at CMS na pakikipagtulungan sa CERN ay gumamit ng data mula sa mga banggaan ng proton-proton na kinuha mula sa Run 2 mula 2015 hanggang 2018 upang hanapin ang partikular na Z+photon Higgs decay na ito. Ang Large Hadron Collider (LHC) sa CERN ay ang high-energy particle accelerator malapit sa Geneva, Switzerland na nagpapalipat-lipat ng mga proton sa magkasalungat na direksyon habang nagiging sanhi ng pagbangga ng mga ito sa mga partikular na detector point, milyun-milyong beses bawat segundo.
Para sa pagpapatakbo nito, ang enerhiya sa banggaan ng dalawang proton ay 13 trilyong electron-volts, mas mababa lamang sa kasalukuyang maximum ng makina, na sa mas maraming relatable na unit ay 2.1 microjoules. Iyan ay tungkol sa kinetic energy ng karaniwang lamok, o isang butil ng asin, na naglalakbay ng isang metro bawat segundo.
Ang teorya ay hinuhulaan na humigit-kumulang 15 beses sa bawat 10,000 pagkabulok, ang Higgs boson ay dapat na bulok sa Z boson at isang photon, ang pinakabihirang pagkabulok sa Standard Model. Ginagawa ito sa pamamagitan ng unang paggawa ng isang pares ng mga nangungunang quark, o isang pares ng W boson, na sila mismo ay nabubulok sa Z at photon.
Ang pakikipagtulungan ng Atlas/CMS, na gawa mula sa higit sa 9,000 siyentipiko, ay nakahanap ng “branching ratio,” o fraction ng mga pagkabulok na 34 beses sa bawat 10,000 decay, plus o minus 11 sa bawat 10,000—2.2 beses ang theoretical value.
Masyadong malaki ang sinusukat na fraction—3.4 na karaniwang paglihis sa itaas ng teoretikal na halaga, isang numero na napakaliit pa rin upang ibukod ang isang statistical fluke. Gayunpaman, ang medyo malaking pagkakaiba ay nagpapahiwatig ng posibilidad ng isang makabuluhang pagkakaiba sa teorya na maaaring dahil sa pisika na lampas sa Standard Model—mga bagong particle na mga tagapamagitan maliban sa top quark at W boson.
Ang isang posibilidad para sa physics na lampas sa Standard Model ay supersymmetry, ang teoryang naglalagay ng simetrya—isang relasyon—sa pagitan ng mga particle ng half-spin, na tinatawag na fermion, at integer spin, na tinatawag na boson, na ang bawat kilalang particle ay may kapareha na may pagkakaiba-iba. sa pamamagitan ng kalahating integer.
Maraming theoretical physicist ang matagal nang tagapagtaguyod ng supersymmetry dahil malulutas nito ang maraming palaisipan na sumasalot sa Standard Model, tulad ng malaking pagkakaiba (10).24) sa pagitan ng lakas ng mahinang puwersa at gravity, o kung bakit ang masa ng Higgs boson, mga 125 gigaelectron-volts (GeV), ay mas mababa kaysa sa grand unification energy scale na humigit-kumulang 1016 GeV.
Sa eksperimento, ang napakalaking Z boson ay nabubulok sa humigit-kumulang 3 × 10-25 segundo, matagal bago ito makarating sa isang detector. Kaya binayaran ng mga eksperimento sa pamamagitan ng pagtingin sa enerhiya ng dalawang electron o dalawang muon na gagawin ng Z decay, na nangangailangan ng kanilang pinagsamang masa na mas malaki kaysa sa 50 GeV, isang makabuluhang bahagi ng mass ng Z na 91 GeV.
“Ang napakagandang resulta na ito ay nakuha kasama ng pakikipagtulungan ng CMS. Ito ay, ayon sa hula ng Standard Model, ang pinakapambihirang estado ng Higgs boson, kung saan nakita namin ang unang ebidensya,” sabi ni Andrew Hoecker, tagapagsalita para sa pakikipagtulungan ng ATLAS.
“Nangyayari ang pagkabulok sa pamamagitan ng mga quantum loops at sa gayon ay sensitibo sa bagong physics sa katulad, ngunit hindi katulad ng dalawang-photon decay, na nag-ambag sa pagtuklas ng Higgs boson ng ATLAS at CMS noong 2012.”
“Ang resultang ito ay kahanga-hanga para sa ilang kadahilanan,” idinagdag ni Monica Dunford ng pakikipagtulungan ng CMS. “Nagagawa naming sukatin nang may ganitong katumpakan ang mga napakabihirang prosesong ito. Ang mga ito ay isang malakas na pagsubok ng Standard Model at posibleng mga teoryang higit pa rito.”
Idinagdag ni Dunford na ang mga grupo ay nakakuha ng bagong data sa Run 3 sa CERN, na nagsimula noong Hulyo 2022, na may 13.6 TeV ng kabuuang enerhiya. Mas maraming data ang magmumula sa High Luminosity Large Hadron Collider, na magbibigay ng humigit-kumulang limang beses na mas maraming banggaan ng proton-proton bawat segundo. Ang HL-LHC ay inaasahang mag-online sa 2028.
“Ang mga resultang ito ay isang preview ng kung ano ang patuloy naming magagawang makamit,” sabi ni Dunford.
Karagdagang informasiyon:
G. Aad et al, Katibayan para sa Higgs Boson Decay sa Z Boson at isang Photon sa LHC, Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.021803
© 2024 Science X Network