Два нови резултата, публикувани наскоро откриха, че бозонът на Хигс се появява заедно с най-тежката частица, открита някога.
А резултатите биха могли да ни помогнат да разберем по-добре един от най-фундаменталните проблеми във физиката - защо материята има маса.
Констатациите са публикувани на конференцията Large Hadron Collider Physics 2018 в Болоня, Италия. Откритието е независимо извършено чрез два експеримента (A Toroidal LHC Apparatus или ATLAS и Compact Muon Solenoid или CMS), използвайки данни, записани в Големия адронен колайдер (Large Hadron Collider - LHC), разположени в лабораторията на Европейската организация за ядрени изследвания (CERN) в Швейцария. Тези резултати са достъпни за обществеността в два документа, един току-що изпратен за публикуване, и току-що публикуван.
Когато учените, работещи с най-мощния ускорител на частици, потвърдиха наличието на Хигс бозона, откритието бе обявено за забележително постижение на физиката. Този бозон е частицата, свързана с квантовото поле, което дава на частиците масите им. Без това поле няма да има атоми, няма да има материя, няма да ни има и нас. С потвърждаването на съществуването на бозона на Хигс физиците извършиха най-важното валидиране на Стандартния модел - теоретичната рамка за настоящото ни разбиране на елементарните частици и сили на природата.
Това постижение от 2013 г. обаче не отговори на всички наши въпроси, свързани с полето Хигс и как се държи бозона на Хигс. Но сега има напредък и според неотдавнашно изявление, публикувано от ЦЕРН, научната организация, която управлява Големия адронен колайдер, нов експеримент запълва някои от празнините като разкрива как частиците на Хигс се вписват в деликатната екосистема на частиците.
"Знаем, че Хигс взаимодейства с масивните частици, носители на взаимодействието като бозонът W, защото това е начина, по който го открихме първоначално", разказва ученият Пати Макбрайд (Patty McBride) от Националната лаборатория на ускорителя „Ферми” в САЩ, която подкрепя екипа стотици американски учени, работещи с експеримента CMS (Compact Muon Solenoid) в Големия адронен колайдер.
„Сега се опитваме да разберем връзката му с фермионите”.
CERN сподели тази визуализация на едно от събитията в новия набор от данни на Хигс. Кредит: ATLAS Collaboration / CERN
Съществуват два вида елементарни частици - тоест частици, които или нямат подструктура, или все още не сме я открили. Тези частици са разделени на категории, две от които са фермиони и бозони. Фермионите следват статистиката на Ферми-Дирак, а бозоните следват статистиката на Бозе-Айнщайн. Фермионите са частици, които имат полуцяло число спин, докато бозоните са частици с цяло число спин.
Електронът е фермион, например. Бозоните, като например фотонът, пренасят енергия - те са физическата проява на силите, които слепват фермионите заедно.
През 2014 г. изследователите, работещи с експеримента СМС, показаха, че Хигс бозонът има връзка с фермионите, докато измерват скоростта, с която се разпада в тау лептони - по-тежкият братовчед на електрона. По-късно се появиха доказателства, че бозонът на Хигс се разпада на дънни кварки.
Два експеримента - CMS и ATLAS в Големия адронен колайдер - установиха, че има връзка между Хигс бозона и върховния кварк (открит през 1995 г.), като последният е три милиона пъти по-масивен от електрон.
"Връзката между Хигс бозона и върховния кварк е особено интересна, защото върховният кварк е най-масивната частица, открита някога", заяви Макбрайд. "Като „дарител на маса", бозонът на Хигс би трябвало да бъде изключително привързан към върховния кварк”.
В настоящата публикация учените описват клас от сблъсъци, при които двойка върховни кварки частица/античастица се създават едновременно с един Хигс бозон. Тези сблъсъци позволяват на учените да измерват директно силата на взаимодействие между бозона на Хигс и върховните кварки. Тъй като взаимодействието на частицата с полето на Хигс е това, което дава масата на частицата, и тъй като върховният кварк е най-масивната фундаментална субатомна частица, Хигс бозонът взаимодейства най-силно с върховния кварк. Съответно, взаимодействията от този вид са идеалната лаборатория, в която да се направят подробни изследвания на произхода на масата.
Това измерване бе голямо предизвикателство.
"Да се произведе Хигс бозон е рядкост, но да се произведе Хигс с върховни кварки е най-рядко от всичко, което възлиза само на около 1% от събитията на "Хигс бозона", произведени в LHC", заяви Крис Неу (Chris Neu), физик от Университета на Вирджиния, съавтор на този анализ.
„Върховният кварк се разпада почти изцяло в дънен кварк и W бозон - разказва Неу. "Хигс бозонът, от друга страна, има богат спектър от режими на разпад, включително разпадане на двойки от дънни кварки, W бозони, тау лептони, фотони и няколко други. Това води до голямо разнообразие от подписи в събития с два върховни кварка и бозон на Хигс. Ние прегледахме всеки от тях и комбинирахме резултатите, за да произведем нашия окончателен анализ".
Преди това измерване не бе възможно директно да се измери силата на взаимодействие между върховния кварк и Хигс бозона. Хигс бозонът има маса от 125 GeV (милиард електрон волта), а върховният кварк има маса от 172 GeV. Така че двойката върховни кварк/антикварк има маса от 344 GeV, която е по-голяма от масата на Хигс бозона. Затова не е възможно Хигс бозона да се разпадне в двойка кварк/антикварк.
Вместо двойката върховни кварк/антикварк и една от тези две частици излъчва Хигс бозон. Всеки от върховните кварки се разпада на три частици, а Хигс бозонът се разпада на две. Така, след разпадането на частиците, в детектора има осем различни продукти на разпад, които трябва да бъдат разчетени правилно. Това е много сложен набор от данни.
Резултатите имат статистическа значимост от 5,2 сигма, което е по-високо от границата от 5 сигма, изисквана от физиците, за да се приеме за доказано. С други думи, има вероятност 1 до 3,5 милиона, че наблюденията, които учените са записали, се дължат на случаен шум.
Резултатите, публикувани в списанието Physical Review Letters, ще помогнат на физиците да научат повече за поведението на Хигс бозона и как той може да взаимодейства и с други частици, които все още не сме открили, като тъмната материя. Забележително е колко е напреднала физиката на елементарните частици през последните две десетилетия. В края на 2018 г. LHC ще бъде затворен в продължение на две години за ремонт и модернизация, а след това ще се завърне по-добър от всякога и ще работи без прекъсване до 2030 г.
Кой знае какви още постижения ни очакват.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари