Dybere indsigt i Higgs bosonproduktion ved hjælp af W bosoner

At opdage Higgs boson i 2012 var kun starten. Fysikere begyndte straks at måle dets egenskaber, en undersøgelse, der stadig er i gang, mens de forsøger at opklare, om Higgs-mekanismen realiseres i naturen som forudsagt af partikelfysikkens standardmodel. Tidligere på foråret forskere ved CERNs ATLAS -eksperiment meddelte, at de havde målt Higgs -bosonen i dets forfald til W -bosoner. W bosoner er særligt interessante i denne sammenhæng, da egenskaberne ved deres selvinteraktion (vektorbosonspredning) gav troværdighed til den mekanisme, der forudsagde Higgs-bosonen.

Higgs-bosonerne produceret ved Large Hadron Collider (LHC) lever et meget kort liv på kun 10 ^-22 sekunder før de forfalder. De afslører deres egenskaber for omverdenen to gange:under deres produktion og deres forfald. ATLAS' nye resultat studerede Higgs boson i begge disse øjeblikke, ser på dens produktion via to forskellige metoder og dets efterfølgende forfald til to W bosoner (H➝WW*). Da en ud af fem Higgs -bosoner forfalder til W -bosoner, det er den ideelle kanal til at studere dens kobling til vektorbosoner. Forskere fokuserede også på de mest almindelige måder at fremstille den berømte partikel på, via gluonfusion (ggF) og vektor-bosonfusion (VBF).

Avocadomåling

ATLAS-fysikere har kvantificeret, hvor ofte Higgs-bosonen interagerer med W-bosoner. Efter at have sammenlignet deres måling og simulering i et histogram for at demonstrere, at de kunne modellere dataene nøjagtigt (se figur 3), forskerne foretog en statistisk analyse af processernes tværsnit. Resultatet vises i figur 2, hvor ggF- og VBF-produktionstilstandene er vist separat på de to akser. ATLAS-resultatet er angivet med en stjerne, og er omgivet af brune og grønne bånd, der repræsenterer usikkerhederne. Hvis analysen skulle gentages mange gange på forskellige data, 68 eller 95 % af disse gentagelser bør falde inden for de vedlagte bånd.

Dette kærligt døbte 'Avocado-plot' illustrerer ikke kun de eksperimentelle resultater, men også forudsigelsen af ​​standardmodellen (vist med et rødt kryds). Dette indikerer, at måleresultatet er i god overensstemmelse med den teoretiske forudsigelse. Hvis der blev set en større afvigelse mellem eksperiment og teori, det kunne antyde i øjeblikket ukendte fænomener. Selvom standardmodellen er veletableret, det vides at være ufuldstændigt, hvilket motiverer til at søge efter sådanne uoverensstemmelser.

Den nye spiller

Fysikere har først for nylig kunnet bekræfte, at VBF -produktionsmåden også bidrager til H➝WW* -processen. Nu, analysatorer har forbedret deres resultat betydeligt ved at bruge et neuralt netværk - den samme teknik, som gør det muligt for computere at identificere personer på billeder. Ved at bruge dette neurale netværk, de var i stand til dramatisk at adskille VBF -begivenheder fra de hyppigere ggF -arrangementer og fra andre baggrundsbidrag.

Blandt de få dusin begivenheder, hvis egenskaber er meget kompatible med VBF -produktionen af ​​Higgs -bosonen, forskerne valgte en til at vise, hvordan disse hændelser ser ud i detektoren (se hændelsesdisplay). VBF-produktionstilstanden skiller sig ud på grund af de to godt adskilte jets af hadroner, der når de forreste områder af ATLAS-detektoren. De rekylerer mod forfaldne partikler i W bosonerne:elektronen og muonen.

Hvad er der i vente i det lange løb?

Fra et eksperimentelt synspunkt, det er fornuftigt at analysere Higgs -bosonen efter, hvordan det henfalder i detektoren, undersøger forfaldets karakteristika præcist. Men for at måle egenskaberne ved produktionsmåden, forskellige forfaldsfokuserede analyser skal kombineres. For at strømline denne proces, fysikere bruger forenklede skabelontværsnit (STXS). Dette kategoriserer partikelkollisioner efter egenskaber forbundet med produktionstilstanden, hvilket tillader fysikere at måle alle begivenhedsrater individuelt. Fordi kategoriseringen er standardiseret mellem analyser og endda mellem forsøg, senere kombinationer lettes.

På trods af de bemærkelsesværdige forbedringer af dette nye resultat, STXS -tilgangens sande kraft vil blive tydelig i kombinationer med andre analyser. ATLAS producerede en STXS -kombination sidste år, og den næste iteration vil drage fordel af kraften i denne nye H➝WW*-måling.