Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Nowe sposoby obserwacji bozonu Higgsa

Recommended Posts

Podczas konferencji Large Hadron Collider Physics 2020 eksperymenty ATLAS i CMS przedstawiły najnowsze wyniki dotyczące rzadkich sposobów rozpadu bozonu Higgsa produkowanego na Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN. Nowe kanały obejmują rozpady Higgsa na bozon Z, współodpowiedzialny za słabe oddziaływania jądrowe, oraz inną cząstkę, jak również rozpady na cząstki „niewidzialne”. Te pierwsze, w razie rozbieżności z przewidywaniami Modelu Standardowego, mogą świadczyć o zjawiskach wykraczających poza znaną nam fizykę (tzw. nowa fizyka), podczas gdy niewidzialne rozpady cząstki Higgsa rzuciłyby nowe światło na naturę cząstek tzw. ciemnej materii kosmicznej. Przedstawione analizy oparte są o całość danych zebranych w latach 2015-2018, czyli około miliarda milionów zderzeń proton-proton.

Eksperyment ATLAS zmierzył częstość rozpadu Higgsa na Z i foton (γ) na 2.0+1.0−0.9 częstości przewidzianej w Modelu Standardowym, tym samym zbliżając się do czułości umożliwiającej obserwację ewentualnych odstępstw od przewidywań modelu. Eksperyment CMS poszukiwał o wiele rzadszych rozpadów na Z i mezon ρ lub φ i stwierdził, że w nie więcej niż 1.9% przypadków może nastąpić rozpad na Zρ, a nie więcej niż w 0.6% przypadków na Zφ. Obserwacja tego typu rozpadów przy obecnie zebranej ilości danych świadczyłaby o zjawiskach związanych z istnieniem nowej fizyki.

Niektóre hipotezy dotyczące nowej fizyki przewidują, że bozon Higgsa może rozpadać się na dwie tzw. słabo oddziałujące masywne cząstki (ang.: WIMP), odpowiedzialne za ciemna materię kosmiczną, a niewidoczne dla aparatury eksperymentalnej. Zespół eksperymentu ATLAS wykluczył, aby prawdopodobieństwo takiego procesu przekraczało 13%. Analogiczne wykluczenie rozpadu bozonu Higgsa na parę tzw. ciemnych fotonów przedstawiła współpraca CMS.

Polskie grupy z IFJ, AGH i UJ w Krakowie współtworzą zespól eksperymentu ATLAS, a grupy eksperymentalne z UW i NCBJ w Warszawie uczestniczą w eksperymencie CMS.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzisiaj, po trzech latach przerwy, Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) ponownie podejmuje badania naukowe. Największy na świecie akcelerator cząstek będzie zderzał protony przy rekordowo wysokiej energii wynoszącej 13,6 teraelektronowoltów (TeV). To trzecia kampania naukowa od czasu uruchomienia LHC.
      Przez trzy ostatnie lata akcelerator był wyłączony. Trwały w nim prace konserwatorskie i rozbudowywano jego możliwości. Od kwietnia w akceleratorze znowu krążą strumienie cząstek, a naukowcy przez ostatnich kilka tygodni sprawdzali i dostrajali sprzęt. Teraz uznali, że wszystko działa, jak należy, uzyskano stabilne strumienie i uznali, że LHC może rozpocząć badania naukowe.
      W ramach rozpoczynającej się właśnie trzeciej kampanii naukowej LHC będzie pracował bez przerwy przez cztery lata. Rekordowo wysoka energia strumieni cząstek pozwoli na uzyskanie bardziej precyzyjnych danych i daje szanse na dokonanie nowych odkryć.
      Szerokość wiązek protonów w miejscu ich kolizji będzie mniejsza niż 10 mikrometrów, co zwiększy liczbę zderzeń, mówi dyrektor akceleratorów i technologii w CERN, Mike Lamont. Uczony przypomina, że gdy podczas 1. kampanii naukowej odkryto bozon Higgsa, LHC pracował przy 12 odwrotnych femtobarnach. Teraz naukowcy chcą osiągnąć 280 odwrotnych femtobarnów. Odwrotny femtobarn to miara liczby zderzeń cząstek, odpowiadająca około 100 bilionom zderzeń proton-proton.
      W czasie przestoju wszystkie cztery główne urządzenia LHC poddano gruntowym remontom oraz udoskonaleniom ich systemów rejestracji i gromadzeniach danych. Dzięki temu mogą obecnie zebrać więcej informacji o wyższej jakości. Dzięki temu ATLAS i CMS powinny zarejestrować w obecnej kampanii więcej kolizji niż podczas dwóch poprzednich kampanii łącznie. Całkowicie przebudowany LHCb będzie zbierał dane 10-krotnie szybciej niż wcześniej, a możliwości gromadzenia danych przez ALICE zwiększono aż 55-krotnie.
      Dzięki tym wszystkim udoskonaleniom można będzie zwiększyć zakres badań prowadzonych za pomocą LHC. Naukowcy będą mogli badać bozon Higgsa z niedostępną wcześniej precyzją, mogą zaobserwować procesy, których wcześniej nie obserwowano, poprawią precyzję pomiarów wielu procesów, które mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia fizyki, asymetrii materii i antymaterii. Można będzie badać właściwości materii w ekstremalnych warunkach temperatury i gęstości, eksperci zyskają nowe możliwości poszukiwania ciemnej materii.
      Fizycy z niecierpliwością czekają na rozpoczęcie badań nad różnicami pomiędzy elektronami a mionami. Z kolei program zderzeń ciężkich jonów pozwoli na precyzyjne badanie plazmy kwarkowo-gluonowej, stanu materii, który istniał przez pierwszych 10 mikrosekund po Wielkim Wybuchu. Będziemy mogli przejść z obserwacji interesujących właściwości plazmy kwarkowo-gluonowej do fazy precyzyjnego opisu tych właściwości i powiązania ich z dynamiką ich części składowych, mówi Luciano Musa, rzecznik prasowy eksperymentu ALICE.
      Udoskonalono nie tylko cztery zasadnicze elementy LHC. Również mniejsze eksperymenty – TOTEM, LHCf, MoEDAL czy niedawno zainstalowane FASER i SND@LHC – pozwolą na badanie zjawisk opisywanych przez Model Standardowy oraz wykraczających poza niego, takich jak monopole magnetyczne, neutrina czy promieniowanie kosmiczne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Doktor Agnieszka Dziurda z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN stoi na czele międzynarodowego zespołu naukowego, który w CERN prowadzi badania nad oscylacjami cząstek pomiędzy światem materii i antymaterii. Co prawda materia i antymateria wydają się swoimi przeciwieństwami, jednak istnieją cząstki, które raz zachowują się jak należące do świata materii, a raz antymaterii. Grupa doktor Dziurdy zmierzyła właśnie ekstremalne tempo oscylacji takich cząstek.
      Naukowcy wzięli na warsztat mezony Bs0 i za pomocą detektora LHCb z niespotykaną dotychczas dokładnością zbadali ich oscylacje. Nie byli pierwszymi, którzy podjęli się tego zadania. Już w 2006 roku w amerykańskim Fermilab mierzono to zjawisko. Nam udało się teraz poprawić dokładność pierwotnego pomiaru aż o dwa rzędy wielkości, chwali się doktor Dziurda.
      Materia widzialna jest złożona głównie z kwarków górnych, dolnych, elektronów i neutrin elektronowych. Na przykład jądra atomów zbudowane są z protonów (składających się z 2 kwarków górnych i 1 kwarka dolnego) oraz neutronów (1 kwark górny i 2 kwarki dolne). Model Standardowy klasyfikuje kwark górny, dolny, elektron i neutrino elektronowe jako cząstki jednej generacji. Istnieją jeszcze dwie inne generacje, z cząstkami o podobnych właściwościach, ale coraz bardziej masywnych.
      Kwarki nie występują swobodnie. Łączą się z innymi kwarkami. A najprostsze takie połączenie tworzy mezon, złożony z par kwark-antykwark. Mezony mogą przenosić ładunek elektryczny, lecz nie muszą. Te pozbawione ładunku elektrycznego, określane jako neutralne, wykazują frapującą cechę: oscylują między postacią materialną a antymaterialną. My skupiliśmy się na analizie częstotliwości oscylacji neutralnych mezonów zawierających kwark piękny b z trzeciej generacji i kwark dziwny s z drugiej, oznaczonych jako Bs0, mówi doktor Dziurda.
      Mezony są niestabilne i rozpadają się w czasie pikosekund. Jedna pikosekunda to 0,000000000001. Jednak zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, produkty rozpadu neutralnych mezonów są różne, w zależności od tego, czy w momencie rozpadu znajdowały się w świecie materii czy antymaterii. Zatem dopiero po zarejestrowaniu i zidentyfikowaniu produktów rozpadu danego mezonu mogliśmy ustalić, czy rozpadł się on jako reprezentant świata materii, czy antymaterii. Połączenie tej wiedzy z informacją o naturze cząstki w momencie produkcji pozwoliło nam na pomiar częstotliwości oscylacji, stwierdza polska uczona.
      Zespół Dziurdy przeanalizował mezony Bs0 powstałe w latach 2015–2018 w Wielkim Zderzaczu Hadronów jako wynik zderzeń proton-proton o łącznej energii 13 TeV (teraelektronowoltów). Badania wykazały, że mezony te oscylują pomiędzy materią i antymaterią 3 tryliony razy na sekundę. To aż 300-krotnie szybciej niż oscylacje typowego cezowego zegara atomowego.
      Badania takie nie tylko potwierdzają przewidywania mechaniki kwantowej, ale pozwalają zawęzić też obszar poszukiwania nieznanych cząstek spoza Modelu Standardowego.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Uczeni pracujący przy eksperymencie ATLAS w CERN donieśli o zaobserwowaniu pierwszego przypadku jednoczesnego powstania trzech masywnych bozonów W (produkcja WWW), które pojawiły się w wyniku zderzeń prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
      Bozony W, jako nośniki oddziaływań elektrosłabych, odgrywają kluczową rolę w testowaniu Modelu Standardowego. Po raz pierwszy zostały odkryte przed 40 laty i od tamtej pory są przedmiotem badań fizyków.
      Naukowcy z ATLAS przeanalizowali dane zarejestrowane w latach 2015–2018 i oznajmili, że zauważyli produkcję WWW z poziomem ufności rzędu 8,2 sigma. To znacznie powyżej 5 sigma, gdy już można powiedzieć o odkryciu. Osiągnięcie tak dużej pewności nie było łatwe. Naukowcy przeanalizowali około 20 miliardów zderzeń, wśród których zauważyli kilkaset przypadków produkcji WWW.
      Bozon W może rozpadać się na wiele różnych sposobów. Specjaliści skupili się na czterech modelach rozpadu WWW, które dawały największe szanse na odkrycie poszukiwanego zjawiska, gdyż powodują najmniej szumów tła. W trzech z tych modeli dwa bozony W rozpadają się w elektrony lub miony o tym samym ładunku oraz neutrina a trzeci bozon W rozpada się do pary kwarków. W czwartym z modeli wszystkie bozony W rozpadają się w leptony (elektrony lub miony) i neutrino.
      Dzięki odkryciu specjaliści będą mogli poszukać teraz interakcji, które wykraczają poza obecne możliwości LHC. Szczególnie interesująca jest możliwość wykorzystania procesu produkcji WWW do badania zjawiska polegającego na wzajemnym rozpraszaniu się dwóch bozonów W.
      Więcej na temat najnowszego odkrycia w artykule Observation of WWW production in pp collisions at s√=13 TeV with the ATLAS detector [PDF].

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas ostatnich badań w CERN zdobyto dane, które – jeśli zostaną potwierdzone – będą oznaczały, że doszło do naruszenia Modelu Standardowego. Dane te dotyczą potencjalnego naruszenia zasady uniwersalności leptonów. O wynikach uzyskanych w LHCb poinformowano podczas konferencji Recontres de Moriond, na której od 50 lat omawia się najnowsze osiągnięcia fizyki oraz w czasie seminarium w CERN.
      Podczas pomiarów dokonywanych w LHCb porównywano dwa typy rozpadu kwarków powabnych. W pierwszym z nich pojawiają się elektrony, w drugim miony. Miony są podobne do elektronów, ale mają około 200-krotnie większą masę. Elektron, mion i jeszcze jedna cząstka – tau – to leptony, które różnią się pomiędzy sobą zapachami. Zgodnie z Modelem Standardowym, interakcje, w wyniku których pojawiają się leptony, powinny z takim samym prawdopodobieństwem prowadzić do pojawiania się elektronów i mionów podczas rozpadu kwarka powabnego.
      W roku 2014 zauważono coś, co mogło wskazywać na naruszenie zasady uniwersalności leptonów. Teraz, po analizie danych z lat 2011–2018 fizycy z CERN poinformowali, że dane wydają się wskazywać, iż rozpad kwarka powabnego częściej dokonuje się drogą, w której pojawiają się elektrony niż miony.
      Istotność zauważonego zjawiska to 3,1 sigma, co oznacza, iż prawdopodobieństwo, że jest ono zgodne z Modelem Standardowym wynosi 0,1%. Jeśli naruszenie zasady zachowania zapachu leptonów zostanie potwierdzone, wyjaśnienie tego procesu będzie wymagało wprowadzenie nowych podstawowych cząstek lub interakcji, mówi rzecznik prasowy LHCb profesor Chris Parkes z University of Manchester.
      Rozpad kwarka powabnego prowadzi do pojawienia się kwarka dziwnego oraz elektronu i antyelektronu lub mionu i antymionu. Zgodnie z Modelem Standardowym w procesie tym pośredniczą bozony W+ i Z0. Jednak naruszenie zasady uniwersalności leptonów wskazuje, że zaangażowana w ten proces może być jakaś nieznana cząstka. Jedna z hipotez mówi, że jest to leptokwark, masywny bozon, który wchodzi w interakcje zarówno z leptonami jak i z kwarkami.
      Co istotne, dane z LHCb zgadzają się z danymi z innych anomalii zauważonych wcześniej zarówno w LHCb, jak i obserwowanych od 10 lat podczas innych eksperymentów na całym świecie. Nicola Serra z Uniwersytetu w Zurichu mówi, że jest zbyt wcześnie by wyciągać ostateczne wnioski. Jednak odchylenia te zgadzają się ze wzorcem anomalii obserwowanych przez ostatnią dekadę. Na szczęście LHCb jest odpowiednim miejscem, w którym możemy sprawdzić potencjalne istnienie nowych zjawisk fizycznych w tego typu rozpadach. Musimy przeprowadzić więcej pomiarów.
      LHCb to jeden z czterech głównych eksperymentów Wielkiego Zderzacza Hadronów.Jego zadaniem jest badanie rozpadu cząstek zawierających kwark powabny.
      Artykuły na temat opisanych tutaj badań zostały opublikowane na stronach arXiv oraz CERN.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Szef NASA Charles Bolden, pytany przez przedstawicieli Izby Reprezentantów, co USA mogą zrobić, gdyby asteroida podobna do tej, która ostatnio spadła w Rosji leciała w kierunku Nowego Jorku, odpowiedział: "Modlić się".
      Ani Stany Zjednoczone, ani żaden inny kraj nie jest obecnie w stanie wystarczająco wcześnie odkryć małych obiektów. Jak mówi Donald Yeomans, dyrektor Biura programu ds. obiektów bliskich Ziemi (Near-Earth Object Program Office) mielibyśmy olbrzymie szczęście, gdybyśmy tego typu meteoryt zauważyli na trzy tygodnie przed uderzeniem w Ziemię. Żaden kraj nie posiada urządzeń pozwalających na wykrywanie małych obiektów. Yeomans powiedział, że takim urządzeniem mógłby być umieszczony w przestrzeni kosmicznej teleskop działający na podczerwień. Byłby w stanie zauważyć małe obiekty i nie oślepiałoby go Słońce. Stworzenie odpowiedniego urządzenia i wyniesienie go na orbitę kosztowałoby kilkaset milionów dolarów.
      Rosjanie mieli olbrzymie szczęście. Gdyby meteoryt przetrwał kilka sekund dłużej, uderzyłby w ziemię z siłą około 20 bomb atomowych zrzuconych na Hiroszimę. Obiektu nikt wcześniej nie zauważył. Przesłuchiwany przez Izbę Reprezentantów generał William Shelton, dowódca U.S Air Force Space Command przyznał, że USA nie miały o niczym pojęcia.
      Jednak nawet wcześniejsze ostrzeżenie nie na wiele by się zdały. Obecnie podstawowa trudność tkwi we wczesnym zauważeniu nadlatującego obiektu. W ramach projektu ATLAS (Asteroid Terrestial-Impact Last Alert System) Stany Zjednoczone tworzą system ostrzegawczy składający się z ośmiu naziemnych teleskopów. Ma on zostać uruchomiony przed końcem 2015 roku. System będzie w stanie z 1-tygodniowym wyprzedzeniem zauważyć asteroidę o średnicy 45 metrów, a z 3-tygodniowym - obiekt o średnicy 137 metrów. Uderzenie takiego meteorytu w duże miasto doprowadziłoby do gigantycznych zniszczeń. Dzięki ATLASowi możliwa będzie ewakuacja ludności i ocalenie części infrastruktury. System nie zapobiegnie uderzeniu.
      Znacznie lepiej wygląda sytuacja w przypadku wielkich asteroid, takich, które spowodowałyby problemy na skalę globalną. NASA sklasyfikowała i śledzi 95% bliskich obiektów o średnicy większej niż 1 kilometr. Yeomans zapewnia, że w ciągu najbliższych 100 lat żaden z nich nie będzie stanowił zagrożenia. Uderzenie w Ziemię tak wielkiego meteorytu miałoby katastrofalne skutki. Prawdopodobnie cywilizacja by przetrwała, ale nie w takiej formie, jak obecnie - mówi Yeomans.
      Ekspert wyjaśnia, że już teraz dysponujemy technologiami, które umożliwiłyby uchronienie Ziemi przed tego typu zagrożeniem. Rozbicie o powierzchnię obiektu dużego pojazdu pozwoliłoby na zmianę jego trajektorii. Jednak, jak uważa Yeomans, aby się to udało, konieczne są miliardy dolarów oraz wczesne ostrzeżenie. Musi ono nadejść co najmniej na 10 lat przed obliczonym uderzeniem obiektu w planetę. Dobra wiadomość jest taka, że tak wielki obiekt powinniśmy zauważyć kilkadziesiąt lat wcześniej.
      Za kilkanaście lat w pobliżu Ziemi przeleci olbrzymia asteroida Apophis.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...