Φυσικοί της συνεργασίας ATLAS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN κατέγραψαν ενδείξεις διάσπασης του μποζονίου Higgs (του γνωστού και ως σωματιδίου του Θεού) σε ένα «εικονικό» φωτόνιο και ένα πραγματικό φωτόνιο, το οποίο με τη σειρά του παράγει ένα ζεύγος λεπτονίων.
Αυτή η οδός διάσπασης, γνωστή ως H→γ*γ→llγ, συμβαίνει μόλις σε μία από τις περίπου 10.000 διασπάσεις του Higgs, καθιστώντας την μία από τις πιο δυσδιάκριτες συμπεριφορές του σωματιδίου, όπως αναφέρει το sci.news.
H διάσπαση του μποζονίου
«Κάθε τρόπος διάσπασης του μποζονίου Higgs προσφέρει ένα διαφορετικό παράθυρο στους θεμελιώδεις νόμους της φύσης», δήλωσαν σε ανακοίνωσή τους οι φυσικοί της ATLAS.
«Οι σπάνιες διασπάσεις παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς παρέχουν μοναδικές ευκαιρίες για τον έλεγχο του Καθιερωμένου Προτύπου σε συνθήκες όπου θα μπορούσαν να γίνουν ορατές οι ανεπαίσθητες επιδράσεις μιας "νέας φυσικής"».
«Πρόσφατες μελέτες τέτοιων σπάνιων διασπάσεων του μποζονίου Higgs —συμπεριλαμβανομένων των διασπάσεων σε ένα φωτόνιο και ένα μποζόνιο Z, καθώς και σε ένα ζεύγος μιονίων— έχουν αρχίσει να αξιοποιούν αυτές τις δυνατότητες, ενώ απομένουν ακόμη πολλά να διερευνηθούν».
«Μια ιδιαίτερα σπάνια και δύσκολα ανιχνεύσιμη περίπτωση είναι η διάσπαση του μποζονίου Higgs σε ένα εικονικό φωτόνιο και ένα φωτόνιο».
Τι είναι το νέο φωτόνιο
Σε αντίθεση με ένα συνηθισμένο φωτόνιο, το οποίο είναι σταθερό και στερείται μάζας, το εικονικό φωτόνιο που εμπλέκεται σε αυτή τη διαδικασία υπάρχει μόνο για ελάχιστο χρονικό διάστημα, διαθέτει μάζα διάφορη του μηδενός και διασπάται ακαριαία.
Επειδή η διάσπαση πραγματοποιείται μέσω ενός ζεύγους λεπτονίων αντί για ένα δεύτερο φωτόνιο, προσφέρει τη δυνατότητα εξέτασης λεπτών ιδιοτήτων του μποζονίου Higgs, συμπεριλαμβανομένων ελέγχων της λεγόμενης συμμετρίας CP.
Για να συγκεντρώσουν επαρκή δεδομένα σχετικά με αυτό το σπάνιο συμβάν, οι ερευνητές της ATLAS συνδύασαν αποτελέσματα από δύο ξεχωριστές περιόδους λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων: τρία έτη συγκρούσεων της περιόδου Run-3 (από το 2022 έως το 2024) και το πλήρες σύνολο δεδομένων της περιόδου Run-2 (που συλλέχθηκαν μεταξύ 2015 και 2018).
Τι αναζητούν οι επιστήμονες
Αναζήτησαν συμβάντα σύγκρουσης που περιλάμβαναν ένα φωτόνιο σε συνδυασμό με δύο λεπτόνια χαμηλής μάζας, τα οποία εκπέμπονταν σε τόσο κοντινή απόσταση μεταξύ τους ώστε σχεδόν να αλληλοεπικαλύπτονται — μια διαδικασία ιδιαίτερα απαιτητική όταν τα λεπτόνια είναι ηλεκτρόνια αντί για μιόνια.
Ενώ το πείραμα ATLAS μπορεί εύκολα να εντοπίσει μιόνια που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση, ο εντοπισμός δύο ηλεκτρονίων που βρίσκονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο είναι εξαιρετικά δύσκολος.
Για την επίλυση του προβλήματος, οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα εργαλείο μηχανικής μάθησης —βασισμένο σε ενισχυμένα δέντρα απόφασης (boosted decision trees)— για τον εντοπισμό αυτών των λεγόμενων «συγχωνευμένων» ηλεκτρονίων, καθώς και εξειδικευμένα συστήματα βαθμονόμησης και ανίχνευσης.
Ο συνδυασμός των δύο συνόλων δεδομένων διπλασίασε περίπου την ποσότητα των διαθέσιμων πληροφοριών για ανάλυση, και το σήμα που προέκυψε —μια μικρή «εξογκωμένη» περιοχή στα δεδομένα, κοντά στη γνωστή μάζα του μποζονίου Higgs των 125 GeV— ταυτιζόταν σε μεγάλο βαθμό με τις θεωρητικές προβλέψεις.
Η στατιστική σημαντικότητα του ευρήματος έφτασε τις 3,4 τυπικές αποκλίσεις, επίπεδο επαρκές ώστε να χαρακτηριστεί ως ένδειξη, αν και υπολείπεται του παραδοσιακού ορίου των πέντε «σίγμα» (five-sigma) που απαιτούν οι φυσικοί για να ανακοινώσουν μια ανακάλυψη.
Οι δυνατότητες του πειράματος
«Αυτό το αποτέλεσμα αναδεικνύει τις αξιοσημείωτες δυνατότητες του πειράματος ATLAS και την ισχύ των καινοτόμων τεχνικών ανάλυσης, οι οποίες επιτρέπουν στους φυσικούς να εξερευνήσουν ορισμένες από τις σπανιότερες διασπάσεις του μποζονίου Higgs», δήλωσαν οι επιστήμονες.
«Καθώς πλησιάζει η εποχή του LHC Υψηλής Φωτεινότητας (High-Luminosity LHC), οι ερευνητές θα μπορούν να εξερευνήσουν αυτές τις δυσπρόσιτες διαδικασίες με πρωτοφανή ακρίβεια, δημιουργώντας νέες ευκαιρίες για τον έλεγχο του Καθιερωμένου Προτύπου και την αναζήτηση ενδείξεων για νέα φυσική».
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών