Hvem får deres masse fra Higgs?

Higgs -feltet er som et endeløst hav, hvorigennem alt materiale svømmer. Nogle partikler er som svampe og opsuger masse, når de tømmer langs, mens andre er lige så sprøde som bittesmå ænder og dart lige igennem.

Higgs -teorien er en smukt enkel forklaring på, hvorfor nogle partikler er massive, mens andre ikke er det. Men ikke alle forudsigelser af Higgs -teorien er blevet testet eksperimentelt endnu. Derfor sætter forskere på CMS -eksperimentet ved Large Hadron Collider Higgs -bosonet under et mikroskop og forsøger at bestemme, hvordan det passer ind i det delikate økosystem af partikler.

"Vi ved, at Higgs interagerer med massive kraftbærende partikler, ligesom W boson, fordi det var sådan vi oprindeligt opdagede det, "sagde forskeren Patty McBride fra det amerikanske energiministeriums Fermi National Accelerator Laboratory, som understøtter forskning af hundredvis af amerikanske forskere om CMS -eksperimentet. "Nu forsøger vi at forstå dets forhold til fermioner."

Fermioner er partikler, der klikker sammen for at danne det usynlige stillads inden i atomer. Bosoner, på den anden side, er den fysiske manifestation af kræfter og udfører opgaver som at lime fermioner sammen.

I juni 2014, forskere på CMS -eksperimentet offentliggjorde et papir i Natur viser, at Higgs -bosonen har et forhold til fermioner ved at måle den hastighed, hvormed det henfalder til tau leptoner, en tungere fætter til elektronen. Senere, både CMS- og ATLAS -eksperimenterne fandt tegn på, at Higgs -bosonen var ved at forfalde til bundkvarker. Nu, forskere tackler sit forhold til topkvarken.

"Forholdet mellem Higgs og topkvarken er særligt interessant, fordi topkvarken er den mest massive partikel, der nogensinde er opdaget, "Sagde McBride." Som 'massegiver, 'Higgs -bosonen skulle være enormt glad for topkvarken. "

Fordi topkvarken er meget mere massiv end Higgs -bosonen, det er umuligt for en Higgs boson at forfalde til et par topkvarker. Heldigvis der er en anden måde at måle, hvor stærkt Higgs -bosonen parrer til topkvarker:på udkig efter det sjældne tilfælde af samtidig produktion af topkvarker og en Higgs -boson.

"Higgs bosonproduktion er sjælden - men Higgs -produktion med topkvarker er sjældnest af dem alle, udgør kun cirka 1 procent af Higgs boson -begivenhederne produceret ved LHC, "sagde Chris Neu, en fysiker ved University of Virginia, der arbejdede med denne analyse.

I et papir, der blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , forskere på CMS -eksperimentrapporten observerer en statistisk signifikant overflod af begivenheder, hvor Higgs -bosonen produceres i forbindelse med to topkvarker. CMS -resultatet for denne sjældne Standard Model -proces med en betydning på 5,2 sigma udgør den første observation, der overstiger de 5 sigma -tærskel, fysikere kræver. ATLAS -eksperimentet har også indsendt et papir om det samme fænomen til offentliggørelse.

For at få disse resultater, CMS -eksperimentet ledte efter Higgs -bosoner baseret på de mange mulige signaturer, det kan efterlade i detektoren.

"En topkvark henfalder næsten udelukkende til en bundkvark og en W boson, "Neu sagde." Higgs -bosonen, på den anden side, har et rigt spektrum af henfaldsmåder, herunder forfald til par af bundkvarker, W bosoner, tau leptons, fotoner og flere andre. Dette fører til en lang række signaturer i begivenheder med to topkvarker og en Higgs boson. Vi forfulgte hver af disse og kombinerede resultaterne for at producere vores endelige analyse. "

At udforske Higgs bosons forhold til topkvarken yderligere kan også være et muligt vindue til ny fysik, ifølge Fermilab vicedirektør Joe Lykken.

"At fastgøre denne kobling vil fortælle os meget om Higgs adfærd, og hvordan den også kan interagere med andre partikler, vi ikke har opdaget, som mørkt stof, "Lykken sagde." Dybt forståelse for, hvordan Higgs interagerer med kendte partikler, kan hjælpe med at føre os til fysik ud over standardmodellen. "