ATLASは、ヒッグス粒子がそれ自体と相互作用するように制限しました

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ビデオ: 【とにかくわかりやすく素粒子の話】弱い力、ヒッグス粒子 2023, 2月
ATLASは、ヒッグス粒子がそれ自体と相互作用するように制限しました
ATLASは、ヒッグス粒子がそれ自体と相互作用するように制限しました
Anonim
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大型ハドロン衝突型加速器でのATLAS実験の参加者は、ヒッグス粒子対生成断面積とそれ自体との相互作用の定数に対する制限を厳しくしました。これを行うために、物理学者は、陽子-陽子衝突に関する一般的なデータセットで、ボソンの1つが2つのガンマ量子に崩壊し、もう1つがb-クォークとb-反クォークに崩壊するイベントを探していました。これまでのところ、得られた上限は標準模型の予測の4倍ですが、将来的には、より正確な測定によって理論の強度がテストされ、ヒッグスメカニズムが正しく理解されていることが確認されます。 ATLASの結果は、実験のWebサイトで入手できます。

ヒッグスボソンはヒッグス場の量子であり、電弱相互作用の自発的対称性破壊を提供し、弱い相互作用(WボソンとZボソン)のキャリアの塊の存在とグルーオンと光子の欠如をもたらします。このような粒子の存在は、1964年にヒッグスによって最初に提案され、その後、ヒッグスメカニズムは標準模型の不可欠な部分になりました。これは素粒子物理学の枠組みにおける基本的な理論です。多くの点で、大型ハドロン衝突型加速器、特にCMSおよびATLAS実験が作成されたのは、ヒッグス粒子の存在を実験的に確認するためでした。 2012年にヒッグス粒子の発見について実際に報告したのは彼らでした(1、2)。その後、両方の実験のタスクは、この粒子の崩壊とそれに関連するまれなプロセスの研究に移りました。

このようなまれなプロセスには、2つのヒッグス粒子の同時生成が含まれます。その確率は、1つの生成よりも3桁小さくなります。このようなイベントの断面積を研究することにより、物理学者は、ヒッグス粒子とそれ自体との相互作用の定数の意味についての洞察を得ることができます。これは、ヒッグス場の重要な特性です。大型ハドロン衝突型加速器では、陽子が核融合の過程で衝突すると、ヒッグス粒子のペアの生成が見られます。一次的には、このようなプロセスは2つのチャネルを介して発生する可能性があり、これら2つのチャネルは互いに抑制し合い(これがまれな理由です)、ヒッグス粒子とそれ自体との相互作用の定数によって影響を受けるのはそのうちの1つだけです。物理学者にとってとても興味深いです。これらの2つのプロセスを互いに分離することは、生成されたボソンペアの総エネルギーが小さい場合に一方がより頻繁に現れ、他方が大きい場合に現れるようにするのに役立ちます。ヒッグス粒子とそれ自体との相互作用の定数が影響を与えるのは、まさに最初のプロセスの断面です。

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グルーオンのマージ中にヒッグスボソンペアが形成される2つのプロセスのファインマン図。最初のケースでは、ヒッグスボソンはそれ自体と相互作用し、2番目のケースでは相互作用しません。

現在、ATLAS実験の参加者は、ヒッグス粒子対生成の断面積の制限を改善するために、重心が13テラエレクトロンボルトのエネルギーとの陽子-陽子衝突に関する蓄積データを分析しました。これらのペアの2つのガンマ量子、b-クォークとb-反クォーク(これは科学者が関心を持っているイベントで最も可能性の高い崩壊チャネル)への崩壊の研究は、いくつかの段階で行われました。最初、物理学者はイベントを低エネルギーイベントと高エネルギーイベントに分けました。その後、ヒッグス粒子のペアの形成についてさまざまなチャネルを分析するために使用されました。次に、科学者は、拡張可能な決定木に基づく機械学習アルゴリズムを使用して、2つのヒッグス粒子の予想される崩壊に類似したイベントを分離しました。このようにして得られたデータを使用して、科学者は対応するプロセスの断面積の制限を計算し、κλへの依存性を決定しました。これは、ヒッグス粒子とそれ自体との相互作用の定数とその値の比率であり、標準モデル。

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κλの関数としてのヒッグスボソンのペアの生成のための断面積の制約

したがって、物理学者は、上記の非共鳴過程の過程で陽子-陽子衝突でヒッグス粒子のペアを生成するための断面積の上限を取得しました。それは、95%の信頼確率で130フェムトバーンでした。比較のために:同様のエネルギーでの2つの鉛原子核の衝突の断面積は約14桁大きくなっています。得られた上限は、標準模型で予測された断面積の約4倍です。つまり、大型ハドロン衝突型加速器の次のセッションで統計が増えると、このような理論の信頼性をテストできるようになります。まれなプロセス。調査された断面積の理論的予測からの逸脱は、新しい物理学の別の兆候として役立つ可能性があり、その痕跡はまれなプロセスや崩壊で長い間検索されてきました。

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ヒッグス粒子のペアの共鳴生成のファインマン図

ここで得られたデータにより、κλの可能な範囲を制限することができました。その値は-1、5、6、7の間に制限されました。さらに、実験者はヒッグスボソン対生成の共鳴過程も制限しました。中間スカラー粒子の崩壊中。このプロセスの断面積の上限は、251ギガエレクトロンボルト(ヒッグス粒子の2つの質量によって決定される最小値)から1000ギガエレクトロンボルトまでの中間粒子質量のさまざまな値で610〜47フェムトバーンであることが判明しました。ヒッグスボソン対生成の共鳴過程と非共鳴過程の両方で得られた制約は、以前のATLASの結果よりも2倍以上強いことが判明しました。

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中間スカラー粒子の質量に応じたヒッグス粒子のペアの共鳴生成の断面積に対する制約

しかし、新しい物理学の痕跡を検出するために、ヒッグス粒子に関連するそのようなまれなプロセスを探す必要はありません。すでに研究者は、B中間子崩壊の標準模型からのそのような偏差を検索するのに十分な統計を持っているからです。そのため、ごく最近、LHCb実験の参加者は、B中間子崩壊チャネルの確率の奇数の統計的有意性の増加を確認し、その前に、同じ崩壊で、運動量の分布に異常を発見しました。フラグメント。

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