Søger efter tunge Higgs -bosoner, der forfalder til to tau -leptoner med ATLAS -detektoren

I partikelfysik, tre ud af de fire kendte fundamentale kræfter i universet, nemlig elektromagnetisk, svage og stærke interaktioner, er beskrevet af en teori kendt som standardmodellen (SM). En udvidelse af denne model er supersymmetri (SUSY), en teoretisk konstruktion, der peger på en mulig sammenhæng mellem to klasser af partikler:bosoner og fermioner.

SUSY teori forklarer en række matematiske tilfældigheder i SM og er en grundlæggende komponent i strengteori, en af ​​de mest lovende konstruktioner, der fusionerer SM med teorier om tyngdekraft. Det forudsiger også eksistensen af ​​flere nye partikler, ingen af ​​dem er blevet observeret indtil videre. For eksempel, det tyder på, at der er mindst fem typer Higgs -bosoner, snarere end bare den ene type, der er blevet observeret indtil nu.

Mens SUSY er teoretisk tiltalende, der er ingen beviser for, at det gælder for den virkelige verden, og hvis det gør det, de partikler, den forudsiger, var formentlig for tunge til at kunne observeres i tidligere eksperimenter. I de seneste år, fysikere verden over har forsøgt at observere dem direkte for at bevise gyldigheden af ​​SUSY teori og forstå egenskaberne af disse nye partikler.

ATLAS Collaboration er et stort team af forskere fra flere institutter verden over, som arbejder sammen for at analysere og bedre forstå målingerne registreret af ATLAS-detektoren på CERN. I et nyligt papir offentliggjort i Fysiske anmeldelsesbreve , forskerne præsenterede resultaterne af en søgning efter tunge neutrale Higgs-bosoner baseret på analysen af ​​data indsamlet af ATLAS-detektoren.

"Vi har foretaget flere søgninger efter flere Higgs -bosoner, men denne søgning er følsom over for mere af 'parameterrummet' i SUSY Higgses end nogen anden, "William John Murray, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Dette papir er ikke det første af sin slags, men den bruger fire gange så mange data som tidligere undersøgelser (dvs. alle de data, vi har), samt forbedrede metoder."

ATLAS -detektoren er designet til at måle partiklerne fra kollisioner i Large Hadron Collider (LHC), som er den største og kraftigste partikelaccelerator i verden i dag. Det identificerer specifikt elektroner og to typer partikler, der deler nogle ligheder med elektroner, nemlig myoner og taus.

Taus er særligt svære at måle, da de henfalder meget hurtigt. Når de forfalder, de producerer en usynlig neutrino og enten en elektron, muon, eller oftest pioner (dvs. hadroner lavet af kvarker). ATLAS-samarbejdet søgte specifikt efter par af rådnende taus, med fokus på tilfælde, hvor begge taus producerede pioner, eller hvor den ene producerede enten en elektron eller muon og den anden producerede pioner.

"LHC producerer omkring en milliard kollisioner i sekundet, som stort set alle producerer pioner, så det problem, vi satte os for at løse, var at skelne mellem pioner, der kommer fra et tau-forfald, og dem, der ikke gør det (benævnt "falske" i denne sammenhæng), " sagde Murray. "For at gøre dette, vi skulle måle, hvor ofte vi fik det rigtigt – og hvor ofte vi fik det forkert. Kontrol af 'falske pioner' er et af de største problemer for målingen. "

For at studere taus-par, forskerne kombinerede deres målte momenta og estimerede, hvor tung en given partikel ville være nødt til at være for at producere det specifikke par partikler, mens den henfalder. Efterfølgende, de byggede et histogram, der repræsenterede den masse, de estimerede, og søgte efter et "bump" i grafen, da dette ville antyde tilstedeværelsen af ​​en Higgs bosonpartikel, der aldrig blev observeret før.

"Der var en alvorlig mulighed for at opdage en anden Higgs-boson og kraftigt antyde supersymmetri, " sagde Murray. "Vores papir lægger nye begrænsninger på supersymmetriske teorier. Popper hævder, at teorier skal være falsificerbare for at være videnskab. Ved at eliminere dele af supersymmetriparameterrummet, vi reducerer de mulige forkerte modeller, som teoretikere kan foreslå, dermed bringe vores studieretning et skridt tættere på sandheden."

Mens denne undersøgelse fra ATLAS Collaboration ikke førte til observation af nye tunge Higgs-bosoner, det indsnævrede parametrene, inden for hvilke disse partikler kunne detekteres og observeres. I fremtiden, det kunne således informere nye søgninger, der sigtede på direkte at observere disse nye partikler og bekræfte deres eksistens.

"Vi udforsker nu alternative 'beyond the standard model'-teorier, der forudsiger andre signaturer, "Sagde Murray." Det meget store LHC -datasæt kunne give os mulighed for at se nærmere på mange andre signaturer - hvoraf alle kan vise sig at indeholde noget nyt. Flere af disse blev afsløret på dette års ICHEP -konference - men ingen var vellykkede indtil videre. "

© 2020 Science X Network