CERN: Το ATLAS βρίσκει στοιχεία μιας σπάνιας διάσπασης του μποζονίου Higgs

Από την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, το 2012, οι επιστήμονες στις συνεργασίες των πειραμάτων ATLAS και CMS στο LHC (Large Hadron Collider) εργάζονται σκληρά για να χαρακτηρίσουν τις ιδιότητές του και να προσπαθούν να συλλάβουν τους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους μπορεί, αυτό το εφήμερο σωμάτιο, να διασπαστεί. Από την άφθονη αλλά πειραματικά απαιτητική διάσπαση σε b-κουάρκ, μέχρι την εξαιρετικά σπάνια αλλά χαμηλού βάθους διάσπαση σε τέσσερα λεπτόνια, η κάθε διάσπαση προσφέρει έναν διαφορετικό δρόμο για τη μελέτη των ιδιοτήτων του νέου αυτού σωματίου. Πρόσφατα, στο ATLAS έχουν βρει τα πρώτα στοιχεία μποζόνιο του Higgs που διασπάται σε δυο λεπτόνια (ζεύγος ηλεκτρόνιων ή μιονίων, με αντίθετα φορτία) και ένα φωτόνιο. Γνωστή ως «διάσπαση Dalitz», είναι μια από τις σπανιότερες διασπάσεις του μποζονίου Higgs που έχουν δει στο LHC.

Για την ανάλυση αυτή οι φυσικοί του ATLAS έψαξαν, στο σύνολο των δεδομένων από όλον τον κύκλο λειτουργίας Run 2, του LHC, για γεγονότα συγκρούσεων με ένα φωτόνιο καθώς και δυο λεπτόνια των οποίων η συνδυασμένη μάζα ήταν μικρότερη από 30 GeV. Σε αυτή την περιοχή, οι διασπάσεις με εικονικά φωτόνια θα πρέπει να κυριαρχούν επί άλλων διεργασιών που αποδίδουν την ίδια τελικά κατάσταση. Το ATLAS μέτρησε δείκτη σήματος μποζονίου Higgs, σε αυτό το κανάλι διάσπασης, που είναι 1,5 +ή- 0,5 φορές της προσδοκίας από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Η πιθανότητα ότι το παρατηρούμενο σήμα ήταν εξαιτίας μιας διακύμανσης στο υπόβαθρο είναι 3,2 σ – μικρότερη από 1 στα 1000.

Με τα τεράστια ποσά δεδομένων που αναμένονται από το επερχόμενο πρόγραμμα High-Luminosity του LHC, η μελέτη σπάνιων διασπάσεων του μποζονίου Higgs θα γίνουν κανόνας. Αυτό θα επιστρέψει τους φυσικούς να προχωρήσουν από την αναφορά στοιχείων για την ύπαρξή τους, στην επιβεβαίωση της παρατήρησής τους και στην διεξαγωγή λεπτομερέστερων μελετών των ιδιοτήτων του μποζονίου Higgs – οδηγώντας σε ακόμη πιο αυστηρούς ελέγχους του Καθιερωμένου Προτύπου.

Η παρατήρηση της διάσπασης του μποζονίου Higgs σε ένα φωτόνιο και σε ένα ζεύγος λεπτονίων, θα καταστήσει δυνατό για τους φυσικούς να μελετήσουν τη συμμετρία φορτίου-πάριτυ [χωρική ανάκλαση (parity)] (CP). Η συμμετρία CP είναι ένας τρόπος να πούμε ότι η εικόνα αλληλοεπιδρώντων σωματίων σε καθρέφτη [χωρική ανάκλαση], όπου τα σωμάτια αντικαθίστανται από τα αντισωμάτιά τους [φορτίο], θα πρέπει να φαίνεται ακριβώς η ίδια όπως η αρχική αλληλεπίδραση. Αυτή ήταν μια φυσική υπόθεση μέχρι το 1964, όταν οι φυσικοί μελετώντας τα σωμάτια καόνια σημείωσαν – με μεγάλη τους έκπληξη – ότι αυτό δεν συμβαίνει στον κόσμο της σωματιδιακής φυσικής [η συμμετρία CP παραβιάζεται]. Από τότε, οι φυσικοί έχουν μάθει ότι η παραβίαση της CP-συμμετρίας είναι μια υπογραφή της ηλεκτρασθενούς αλληλεπίδρασης και την έχουν ενσωματώσει στο Καθιερωμένο Πρότυπο.

Όμως με το μποζόνιο Higgs να διασπάται σε τρία σωμάτια, δυο από τα οποία είναι φορτισμένα, οι φυσικοί θα έχουν τη δυνατότητα να εξετάσουν εάν οι διασπάσεις έχουν μια προτιμητέα κατεύθυνση – επιτρέποντας τους ερευνητές να βελτιώσουν τις γνώσεις της προέλευσης της παραβίασης της CP-συμμετρίας και ίσως ακόμη να οδηγήσουν σε νύξεις για μια νέα φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο.