Genf. A 40.ICHEP konferencián az ATLAS és a CMS kísérletek új eredményeket jelentettek be, amelyek azt mutatják, hogy a Higgs-bozon két müonra bomlik. A müon az elektron nehezebb példánya, az egyik elemi részecske, amely az univerzum anyagtartalmát alkotja. Míg az elektronokat az első generációs részecskéknek osztályozzák, a müonok a második generációhoz tartoznak. A Higgs-bozon müonokká bomlásának fizikai folyamata ritka jelenség, mivel 5000-ből csak körülbelül egy Higgs-bozon bomlik müonokká. Ezek az új eredmények kulcsfontosságúak az alapvető fizika szempontjából, mivel először jelzik, hogy a Higgs-bozon kölcsönhatásba lép a második generációs elemi részecskékkel.
a CERN fizikusai 2012-es felfedezése óta tanulmányozzák a Higgs-bozont annak érdekében, hogy megvizsgálják ennek a nagyon különleges részecskének a tulajdonságait. A Higgs-bozon, amelyet a Nagy Hadronütköztető protonütközéseiből állítanak elő, szinte azonnal szétesik – bomlásnak nevezik – más részecskékké. A Higgs-bozon tulajdonságainak tanulmányozásának egyik fő módszere annak elemzése, hogyan bomlik le a különböző alapvető részecskékké és a szétesés sebességével.
A CMS ennek a bomlásnak a bizonyítékát 3 szigmával érte el, ami azt jelenti, hogy annak esélye, hogy a Higgs-bozon statisztikai ingadozásból müonpárrá bomlik, kevesebb, mint egy 700-ból. Az ATLAS két szigma eredménye azt jelenti, hogy az esély Egy a 40-hez. Mindkét eredmény kombinációja jóval 3 szigma fölé növelné a szignifikanciát, és erős bizonyítékot szolgáltat a Higgs-bozon két müonra történő bomlására.
” a CMS büszke arra, hogy elérte ezt az érzékenységet a Higgs-bozonok müonokká történő bomlására, és bemutatta az első kísérleti bizonyítékot erre a folyamatra. Úgy tűnik, hogy a Higgs-bozon kölcsönhatásba lép a második generációs részecskékkel is, összhangban a Standard modell előrejelzésével, ezt az eredményt tovább finomítják a következő távon várhatóan gyűjtött adatokkal” – mondta Roberto Carlin, a CMS kísérlet szóvivője.
a Higgs-bozon a Higgs-Mező kvantum megnyilvánulása, amely tömeget ad az elemi részecskéknek, amelyekkel kölcsönhatásba lép a Brout-Englert-Higgs mechanizmus. A Higgs-bozon különböző részecskékké történő bomlásának sebességének mérésével a fizikusok megállapíthatják a Higgs-mezővel való kölcsönhatásuk erősségét: minél nagyobb a bomlás sebessége egy adott részecskére, annál erősebb a kölcsönhatás a mezővel. Eddig az ATLAS és a CMS kísérletei megfigyelték, hogy a Higgs-bozon különböző típusú bozonokká, például W-re és Z-re, valamint nehezebb fermionokra, például tau leptonokra bomlik. A legnehezebb kvarkokkal, a felső és az alsó kvarkokkal való kölcsönhatást 2018-ban mértük. A müonok ehhez képest sokkal könnyebbek, a Higgs-mezővel való kölcsönhatásuk pedig gyengébb. A Higgs-bozon és a müonok közötti kölcsönhatások tehát korábban nem voltak megfigyelhetők az LHC-n.
” a Higgs-bozon második generációs anyagrészecskékké történő bomlásának ez a bizonyítéka kiegészíti a rendkívül sikeres Run 2 Higgs fizikai programot. A Higgs-bozon tulajdonságainak mérése a pontosság új szakaszába ért, és a ritka bomlási módok kezelhetők. Ezek az eredmények a nagy LHC adatkészletre, az ATLAS detektor kiemelkedő hatékonyságára és teljesítményére, valamint az új elemzési technikák alkalmazására támaszkodnak” – mondta Karl Jakobs, az ATLAS szóvivője.
ami még nagyobb kihívást jelent ezeket a tanulmányokat, az az, hogy az LHC-ben minden előre jelzett Higgs-bozon két müonná bomlik, több ezer müonpár keletkezik más folyamatok során, amelyek utánozzák a várt kísérleti aláírást. A Higgs-bozon müonokká történő bomlásának jellegzetes aláírása az események kis feleslege, amelyek egy 125 GeV-os müonpár-tömeg közelében csoportosulnak, ami a Higgs-bozon tömege. A Higgs-bozon elkülönítése a müon-pár kölcsönhatásokhoz nem könnyű feladat. Ehhez mindkét kísérlet a Higgs-bozon bomlásából származó müonjelöltek energiáját, lendületét és szögeit méri. Ezen túlmenően az elemzések érzékenységét olyan módszerekkel javították, mint a kifinomult háttérmodellezési stratégiák és más fejlett technikák, például a gépi tanulási algoritmusok. A CMS négy különálló elemzést kombinált, mindegyiket úgy optimalizálták, hogy a fizikai eseményeket egy adott Higgs-bozon termelési módjának lehetséges jeleivel kategorizálják. Az ATLAS 20 kategóriára osztotta eseményeit, amelyek specifikus Higgs-bozon termelési módokat céloztak meg.
Az eredmények, amelyek eddig összhangban vannak a Standard modell előrejelzéseivel, az LHC második futtatásából gyűjtött teljes adatkészletet használták fel. A részecskegyorsító következő menetének további adataival és a nagy fényerejű LHC-vel az ATLAS és a CMS együttműködése várhatóan eléri azt az érzékenységet (5 szigma), amely a Higgs-bozon két müonra történő bomlásának felfedezéséhez szükséges, és korlátozza a lehetséges fizikai elméleteket a Standard modellen túl, amely befolyásolja a Higgs-bozon ezen bomlási módját.
linkek
tudományos anyagok
papírok:
CMS fizika elemzés összefoglaló:https://cds.cern.ch/record/2725423
ATLAS papír arXiv: https://arxiv.org/abs/2007.07830
fizika briefings:
CMS: https://cmsexperiment.web.cern.ch/news/cms-sees-evidence-higgs-boson-decaying-muons
ATLAS: https://atlas.cern/updates/physics-briefing/new-search-rare-higgs-decays-muons
Event displays and plots:
CMS: https://cds.cern.ch/record/2720665?ln=en
http://cds.cern.ch/record/2725728
ATLAS: https://cds.cern.ch/record/2725717?ln=en
https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2019-14
Photos
CMS detector:
https://cds.cern.ch/record/1344500/files/0712017_02.jpg?subformat=icon-1440
https://cds.cern.ch/record/1431473/files/bul-pho-2007-079.jpg?subformat=icon-1440
ATLAS detector: https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0706038/0706038_02/0706038_02-A4-at-144-dpi.jpg
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0705021/0705021_01/0705021_01-A4-at-144-dpi.jpg
CMS muon system:
https://cds.cern.ch/record/2016944/files/IMG_0267.jpg?subformat=icon-1440
https://cds.cern.ch/record/1431505/files/DSC_1432.jpg?subformat=icon-1440
ATLAS muon spectrometer:
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2006/0610010/0610010_02/0610010_02-A4-at-144-dpi.jpg
https://mediastream.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2007/0707043/0707043_01/0707043_01-A4-at-144-dpi.jpg
