Elektrisk ladede Higgs kontra fysikere:1-0 indtil pause

Den sidste manglende partikel i standardmodellen, Higgs boson, blev opdaget i 2012 i eksperimenter ved Large Hadron Collider. Siden da, leder efter nyt, relaterede partikler har været undervejs. Forudsagt af forskellige teorier, der går ud over kendt fysik, Higgs-bosoner med positiv eller negativ elektrisk ladning er blandt de kandidater, der skal observeres. Men eksisterer disse partikler virkelig?

Hos den europæiske organisation for nuklear forskning CERN nær Genève, Large Hadron Colliders andet løb med kollisioner og indsamling af data om partikler og deres henfald er netop afsluttet. I løbet af de næste to år, acceleratoren vil gennemgå vedligeholdelse, og opgraderingerne vil blive gennemført. I mellemtiden fysikere analyserer intensivt data fra det netop afsluttede løb. Deres undersøgelse fokuserer primært på søgningen efter elementarpartikler ud over standardmodellen, såsom den elektrisk ladede Higgs boson. Den seneste analyse på dette område blev udført af et internationalt hold af fysikere, der arbejder inden for ATLAS-eksperimentet. Gruppen bestod af forskere fra Institute of Nuclear Physics ved det polske videnskabsakademi (IFJ PAN) i Krakow og fem andre institutioner spredt rundt i verden.

"Standardmodellen er en kompleks teoretisk struktur og beskriver alle kendte elementarpartikler med fremragende nøjagtighed. Vi ved, imidlertid, at det fungerer godt for eksperimentelt tilgængelige energier. Ved virkelig høje energier, standardmodellens forudsigelser bryder sammen; derfor behovet for såkaldt ny fysik, " siger Dr. Pawel Bruckman (IFJ PAN), og minder om, at klassisk mekanik, for eksempel, viser lignende funktioner. Når energien fra bevægelige kroppe er lav, dens beskrivelse er nøjagtig. Imidlertid, når hastigheden bliver sammenlignelig med lysets hastighed, Newtonsk fysik må vige for relativistiske teorier.

Opdaget i 2012 af ATLAS- og CMS-eksperimenter, den neutrale Higgs-boson bekræftede eksistensen af ​​den mekanisme, der er nødvendig for standardmodellens konsistens. Fysikere, imidlertid, er klar over, at denne partikel muligvis kun er en del af en bredere Higgs-sektor, forudsagt af de fleste teorier, der går ud over moderne partikelfysik. I de mest populære supersymmetriske teorier (hvor hver kendt partikel har en eksotisk, mere massiv super-partner), der er fem Higgs-bosoner. Tre af dem, inklusive standarden, er elektrisk neutrale, mens de to andre er elektrisk ladede (negativt og positivt).

"Vi har udforsket en meget bred vifte af masser. Massen af ​​protonen, dvs. kernen af ​​brint, er omkring en gigaelektronvolt. På tur, massen af ​​kvarken t, den mest massive af de kendte elementarpartikler, er 173 gigaelektronvolt. Vi ledte efter spor af eksistensen af ​​en ladet Higgs i masseområdet fra 90 gigaelektronvolt op til 2000 gigaelektronvolt, " forklarer Ph.D.-studerende Marzieh Bahmani (IFJ PAN).

Holdet fokuserede på disse kollisionsbegivenheder mellem kvarker og gluoner, hvor de ladede Higgs-bosoner ville blive produceret sammen med t-kvarken, og derefter henfaldt til en tau lepton (en meget mere massiv ækvivalent af elektronen) og dens tilhørende neutrino. I sådanne begivenheder, nogle få neutrinoer udsendes. Disse partikler interagerer svagt med stof og er usynlige for detektorerne. Derfor, under udvælgelsen af ​​henfald, mængden af ​​manglende energi, som neutrinoer ville bære væk, var vigtig.

Til brug for analysen, Krakow-forskere udviklede og optimerede en multivariat diskriminantmetode. Teknikken, baseret på mange nøje udvalgte variabler og sammenhænge mellem dem, maksimerer diskriminationen af ​​det forventede signal fra den overvældende baggrund.

"Inden for den nuværende følsomhed, vi kan sige på 95 procents konfidensniveau, at vi i det udvalgte masseområde ikke har observeret ladede Higgs-bosoner. Dette er en meget stærk begrænsning af de nye teorier. Vi har til hensigt at forbedre det endnu mere i næste runde af analysen, ved at tage højde for alle data fra den nyligt afsluttede anden kørsel af LHC-acceleratoren. Det er stadig muligt, at den ladede Higgs er skjult et sted i det masseområde, som vores analyse dækker, men vi er endnu ikke følsomme nok til at se dets signal, " siger Dr. Anna Kaczmarska (IFJ PAN).

Resultaterne af analysen, offentliggjort i Journal of High Energy Physics , er særligt værdifulde til at udvælge teoretiske modeller, der går ud over kendt fysik. Parameterrummet for disse modeller er blevet væsentligt indsnævret. Som en konsekvens, deres forudsigelser vil være mere præcise og nemmere at verificere.