Στο Συνέδριο της Ευρωπαϊκής Φυσικής Εταιρείας για τη Φυσική Υψηλών Ενεργειών (EPS-HEP) του 2025 στη Μασσαλία της Γαλλίας, η έρευνα για το μποζόνιο Higgs ήταν στο επίκεντρο. Μεταξύ των σημαντικότερων σημείων, η συνεργασία ATLAS αποκάλυψε δύο λεπτομερείς μελέτες που στόχευαν σε εξαιρετικά ασυνήθιστες διαδικασίες διάσπασης του μποζονίου Higgs.
Διάσπαση του Higgs σε μιόνια
Ένας από τους τρόπους διάσπασης που εξετάστηκαν ήταν όταν το μποζόνιο Higgs μετασχηματίζεται σε ένα ζεύγος μιονίων (H→μμ). Αν και αυτό το γεγονός είναι εξαιρετικά ασυνήθιστο - συμβαίνει σε περίπου μία στις 5000 διασπάσεις Higgs - προσφέρει τον πιο άμεσο τρόπο για να διερευνηθεί πώς το Higgs αλληλεπιδρά με τα φερμιόνια δεύτερης γενιάς. Τέτοιες μελέτες μπορούν να βοηθήσουν στην αποκάλυψη του πώς η μάζα προέρχεται από διαφορετικές γενιές σωματιδίων. Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες έχουν επιβεβαιώσει μόνο τις αλληλεπιδράσεις του μποζονίου Higgs με σωματίδια τρίτης γενιάς, τα οποία περιλαμβάνουν το λεπτόνιο ταυ καθώς και τα άνω και κάτω κουάρκ.
Η άλλη διαδικασία διάσπασης που εξερευνήθηκε ήταν ο μετασχηματισμός του μποζονίου Higgs σε ένα μποζόνιο Z και ένα φωτόνιο (H→Zγ), με το μποζόνιο Z αργότερα να διασπάται σε ζεύγη ηλεκτρονίων ή μιονίων. Αυτή η οδός διάσπασης είναι ιδιαίτερα συναρπαστική επειδή συμβαίνει μέσω ενός ενδιάμεσου "βρόχου" εικονικών σωματιδίων. Εάν σε αυτόν τον βρόχο εμπλέκονται μη ανακαλυφθέντα σωματίδια, η διαδικασία θα μπορούσε να παρέχει πολύτιμες ενδείξεις που δείχνουν προς τη φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Η πρόκληση της αναγνώρισης σπάνιων συμβάντων
Η ανίχνευση αυτών των ασυνήθιστων τρόπων διάσπασης είναι ένα απαιτητικό έργο. Στην περίπτωση του H→μμ, οι επιστήμονες αναζήτησαν μια ανεπαίσθητη περίσσεια γεγονότων συγκεντρωμένων γύρω από μια μάζα ζεύγους μιονίων 125 GeV, η οποία ταιριάζει με τη μάζα του μποζονίου Higgs. Αυτό το αχνό σήμα μπορεί να είναι δύσκολο να διακριθεί, καθώς συχνά επισκιάζεται από τον μεγάλο αριθμό ζευγών μιονίων που παράγονται μέσω άσχετων διεργασιών («υπόβαθρο»). Η διάσπαση H→Zγ, όπου το μποζόνιο Z στη συνέχεια μετασχηματίζεται σε ζεύγη ηλεκτρονίων ή μιονίων, είναι ακόμη πιο δύσκολο να εντοπιστεί. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο ότι το μποζόνιο Z διασπάται με αυτόν τον τρόπο μόνο περίπου στο 6% των περιπτώσεων, και επειδή τα φωτόνια μπορούν εύκολα να εκληφθούν ως πίδακες σωματιδίων.
Για να ενισχύσουν την ακρίβεια της αναζήτησής τους, οι ερευνητές του ATLAS συνδύασαν δεδομένα από τα πρώτα τρία χρόνια της 3ης εκτέλεσης του LHC με το πλήρες σύνολο δεδομένων της 2ης εκτέλεσης. Εισήγαγαν επίσης μια προηγμένη προσέγγιση για την καλύτερη προσομοίωση γεγονότων υποβάθρου, ταξινόμησαν τα καταγεγραμμένα δεδομένα σύμφωνα με τους μηχανισμούς παραγωγής Higgs και βελτίωσαν τις στρατηγικές επιλογής γεγονότων τους.
Αποδεικτικά στοιχεία για H→μμ
Σε προηγούμενες αναζητήσεις για H→μμ χρησιμοποιώντας το πλήρες σύνολο δεδομένων της Εκτέλεσης 2, η συνεργασία ATLAS είδε την πρώτη της ένδειξη αυτής της διαδικασίας στο επίπεδο των 2 τυπικών αποκλίσεων, ενώ η συνεργασία CMS έφτασε σε σημαντικότητα 3 τυπικών αποκλίσεων με αναμενόμενες 2,5 τυπικές αποκλίσεις. Τώρα, με τα συνδυασμένα σύνολα δεδομένων της Εκτέλεσης 2 και της Εκτέλεσης 3, η συνεργασία ATLAS βρήκε στοιχεία για H→μμ με αναμενόμενη σημαντικότητα 2,5 τυπικών αποκλίσεων και παρατηρούμενη σημαντικότητα 3,4 τυπικών αποκλίσεων. Αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα το αποτέλεσμα να είναι μια στατιστική διακύμανση είναι μικρότερη από 1 στις 3000!
Όσο για τη διαδικασία H→Zγ, μια προηγούμενη συνδυασμένη ανάλυση ATLAS και CMS χρησιμοποίησε δεδομένα της Εκτέλεσης 2 για να βρει στοιχεία για αυτόν τον τρόπο αποσύνθεσης. Ανέφερε μια υπέρβαση σε σχέση με την υπόθεση μόνο υποβάθρου 3,4 τυπικών αποκλίσεων με αναμενόμενες 1,6 τυπικές αποκλίσεις. Το τελευταίο αποτέλεσμα του ATLAS, που συνδυάζει τα δεδομένα της 2ης και 3ης εκτέλεσης, ανέφερε μια υπέρβαση 2,5 τυπικών αποκλίσεων. Η αναμενόμενη ευαισθησία αυτής της ανάλυσης είναι 1,9 τυπικές αποκλίσεις, παρέχοντας την πιο αυστηρή αναμενόμενη ευαισθησία μέχρι σήμερα για τη μέτρηση της πιθανότητας αποσύνθεσης («κλάσμα διακλάδωσης») του H→Zγ.
Αυτά τα επιτεύγματα κατέστησαν δυνατά χάρη στο μεγάλο, εξαιρετικό σύνολο δεδομένων που παρείχε ο LHC, την εξαιρετική αποτελεσματικότητα και απόδοση του πειράματος ATLAS και τη χρήση νέων τεχνικών ανάλυσης. Με περισσότερα δεδομένα στον ορίζοντα, το ταξίδι της εξερεύνησης συνεχίζεται!
www.worldenergynews.gr
