Higgs boson chia thành quark

Lần đầu tiên các nhà vật lý quan sát về mặt lý thuyết hình thức phân rã thường xuyên nhất của hạt Higgs

Đây là cách phân rã của boson Higgs thành hai quark đáy trông giống như trong máy dò ATLAS của LHC. © Cộng tác Cern / ATLAS
đọc to

Cuối cùng: các nhà vật lý đã lần đầu tiên quan sát thấy sự phân rã của boson Higgs trong hai quark đáy - và do đó trong hai khối xây dựng cơ bản của vật chất. Điều này xác nhận dự đoán lý thuyết về hành vi của boson Higgs và giải thích bản chất tồn tại ngắn của nó, báo cáo của các nhà nghiên cứu. Việc quan sát các phân rã này và phép đo khối lượng chính xác hơn của boson Higgs đã đạt được trong máy gia tốc hạt LHC của CERN.

Khi các nhà vật lý của Cern phát hiện ra boson Higgs được đặt trong thời gian dài vào năm 2012, đó là một cảm giác. Đối với hạt này và cơ chế liên quan đến nó giải thích tại sao các hạt cơ bản có khối lượng.

Các boson Higgs có một "cuộc chia tay yêu thích"

Tuy nhiên, với bằng chứng về boson Higgs, không phải tất cả các câu hỏi đã được trả lời. Bởi vì vẫn phải làm rõ liệu nó có thực sự tương ứng với mô hình chuẩn hay không - và cũng có thể đó chỉ là một trong một số hạt Higgs. "Đặc biệt là cách Higgs tương tác với các hạt khác rất thú vị, bởi vì một vật lý vượt ra ngoài mô hình chuẩn có thể tự tiết lộ trong các tương tác này", Tổng Giám đốc Cern Fabiola Gianotti giải thích.

Một trong những dự đoán của boson Higgs liên quan đến sự phân rã của nó. Mặc dù phân rã đã được phát hiện trong các boson và lepton khác, các nhà vật lý không thể tìm thấy dạng phân rã phổ biến nhất về mặt lý thuyết. "Điều này ủng hộ sự tan rã của hạt Higgs trong hai quark dưới cùng thực sự sẽ xảy ra trong 58 phần trăm các trường hợp, " giải thích các nhà vật lý của sự hợp tác ATLAS. "Đó là một phần quan trọng của câu đố Higgs."

Mô hình chuẩn của vật lý hạt với boson Higgs (màu vàng) và quark đáy (khoanh tròn). © MissMJ / CC-by-sa 3.0

Manhunt trong quark flurry

Sự phân rã của boson Higgs trong quark đáy được coi là một trong những bằng chứng cho thấy nó thực sự tương tác với vật chất. Đồng thời, tần suất của sự phân rã này giải thích tại sao Higgs lại cực kỳ ngắn ngủi. Vấn đề ở đây: Các quark đáy được hình thành trong máy gia tốc hạt như các sản phẩm phân rã của nhiều hạt khởi đầu khác. Do đó, việc xác định các quark từ hạt Higgs trong bộ này là vô cùng khó khăn. trưng bày

Mặc dù LHC tạo ra khoảng 20.000 boson Higgs mỗi ngày trong lần chạy thứ hai, các nhà vật lý chỉ có thể theo dõi dấu vết phân rã quark của nó sau khi phân tích sâu rộng. "Các tính toán của chúng tôi cho thấy có khoảng 300 phân tử Higgs trong các quark đáy trong số 70.000 sự kiện nền", báo cáo của các nhà nghiên cứu ATLAS.

Cuối cùng: một bướu trong đường cong

Bây giờ các nhà vật lý đã phát hiện ra "bướu" khao khát trong các đường cong phân rã: "Chúng tôi đã quan sát thấy một độ lệch phù hợp rất tốt với kỳ vọng của chúng tôi", các nhà vật lý nói. "Cuối cùng chúng ta có thể nói rằng chúng ta đã thấy bằng chứng về sự phân rã của hạt Higgs trong hai quark dưới cùng."

Đường cong màu đỏ biểu thị sự phân hủy quark dưới cùng của hạt Higgs, màu xám là các quark dưới cùng được lấy từ sự phân rã của boson Z. Hợp tác Cern / ATLAS

Tầm quan trọng của những quan sát này hiện là 3, 6 sigma, nằm dưới ngưỡng năm sigma, từ đó các nhà vật lý hạt chính thức nói về một khám phá. Tuy nhiên, các nhà vật lý tương đối chắc chắn cuối cùng đã bắt được sự tan rã đáy quark của hạt Higgs. Xác suất mà tín hiệu quan sát được từ các quá trình khác là vorges uscht, chỉ là 0, 008 phần trăm.

Karl Jakobs, phát ngôn viên của sự hợp tác ATLAS cho biết: "Bằng chứng này cho sự phân rã của boson Higgs thành quark đáy là một cột mốc quan trọng trong việc khám phá các thuộc tính của Higgs". "Các nghiên cứu về sự phân rã mới này sẽ cung cấp những hiểu biết mới về hạt Higgs - và chúng có thể cung cấp manh mối cho vật lý mới vượt ra ngoài lý thuyết thông thường của chúng ta."

Và một loại sâu răng khác

Trên thực tế, đã có những tiến bộ hơn nữa trong nghiên cứu về Higgs: trong máy dò CMS của LHJC, các nhà vật lý hiện đã xác nhận một dạng phân rã tiếp theo của hạt Higgs với 59 sigma. Các boson Higgs chia thành hai lepton tau chúng là họ hàng nặng nhất của electron. "Điều này là rất quan trọng để chứng minh rằng boson Higgs cũng có thể kết hợp với lepton", phát ngôn viên của CMS Joel Butler nói.

Các nhà nghiên cứu tại máy dò ATLAS cũng đã thành công trong việc xác định thêm khối lượng của hạt Higgs. Do đó, nó ở mức 124, 98 +/- 0, 28 gigaelectronvolt (GeV), như họ báo cáo.

(Hợp tác Cern / ATLAS, 20/07/2012 - NPO)