Στο CERN παρατηρήθηκε μια από μακρόν αναζητούμενη διάσπαση του μποζόνιου Higgs

Το εύρημα παρουσιάστηκε στο CERN από τις συνεργασίες ATLAS και CMS στον LHC (Large Hadron Collider) και είναι συνεπές με την υπόθεση ότι το πίσω από το μποζόνιο Higgs κβαντικό πεδίο που «πληροί τα πάντα», προσδίδει επίσης μάζα για το bottom κουάρκ. Και οι δυο ομάδες υπέβαλαν για δημοσίευση τα αποτελέσματά τους για την – επί τέλους – παρατήρηση της διάσπασης του μποζόνιου Higgs στα δυο θεμελιώδη σωμάτια γνωστά ως bottom κουάρκ, έξι χρόνια μετά την ανακάλυψη του μποζόνιου. Το επίτευγμα είναι σημαντικό αφού συνδέεται με την στήριξη του Καθιερωμένου Προτύπου (Standard Model) της σωματιδιακής φυσικής.

Το καθιερωμένο Πρότυπο προβλέπει ότι περίπου κατά 60% ένα μποζόνιο Higgs θα διασπαστεί σε ένα ζεύγος bottom κουάρκ, το δεύτερο βαρύτερο από τις έξι γεύσεις των κουάρκ. Ο έλεγχος αυτής της πρόβλεψης είναι κρίσιμος επειδή το αποτέλεσμα είτε παρέχει στήριξη στο Καθιερωμένο Πρότυπο – που οικοδομείται πάνω στην ιδέα ότι το πεδίο Higgs προικίζει τα κουάρκ και άλλα στοιχειώδη σωμάτια με μάζα – ή τραντάζει τα θεμέλιά του και δείχνει μια νέα φυσική. Ο εντοπισμός αυτού του κοινού καναλιού διάσπασης του μποζόνιου Higgs κάθε άλλο παρά εύκολος είναι, όπως έχει δείξει η εξαετής περίοδος έρευνας για την ανακάλυψή του από την ανακάλυψη του μποζόνιου. Ο λόγος για τη δυσκολία είναι ότι υπάρχουν πολλοί άλλοι τρόποι που παράγονται bottom κουάρκ στις συγκρούσεις μεταξύ των πρωτονίων. Αυτό καθιστά δύσκολη την απομόνωση του σήματος της διάσπασης του μποζόνιου Higgs από τον «θόρυβο» του υποβάθρου που συνδέεται τέτοιες διεργασίες. Αντιθέτως, τα λιγότερο κοινά κανάλια διάσπασης του μποζόνιου Higgs που παρατηρήθηκαν όταν ανακαλύφθηκε το μποζόνιο, όπως η διάσπαση σε ζεύγος φωτονίων, είναι περισσότερο εύκολο να εξαχθούν από το υπόβαθρο.

Για την εξαγωγή του σήματος, οι συνεργασίες ATLAS και CMS συνδύασαν δεδομένα από τον πρώτο και δεύτερο κύκλους λειτουργίας του LHC, οι οποίοι περιλάμβαναν συγκρούσεις των 7,8 και 13 TeV. Το αποτέλεσμα, και στις δυο συνεργασίες για την ATLAS και την CMS, ήταν η ανίχνευση της διάσπασης του μποζόνιου Higgs σε ένα ζεύγος bottom κουάρκ με στατιστική σημαντικότητα που ξεπερνά τις 5 Τυπικές Αποκλίσεις. Επιπροσθέτως, και οι δυο ομάδες μέτρησαν ένα ρυθμό για τη διάσπαση που είναι συνεπής με την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου, μέσα στην τρέχουσα ακρίβεια της μέτρησης.

Σύμφωνα με τους υπευθύνους τύπου των πειραμάτων ATLAS και CMS, οι παρατηρήσεις αποτελούν ορόσημο στην εξερεύνηση του μποζόνιου Higgs, επειδή δείχνουν ότι τα επιτεύγματα των πειραμάτων αυτών έχουν ξεπεράσει τις προσδοκίες. Το ATLAS έχει τώρα παρατηρήσει όλα τις συζεύξεις του μποζόνιου Higgs με τα βαρέα κουάρκ και τα λεπτόνια τρίτης γενιάς καθώς και όλους του κύριου τύπους παραγωγής, ενώ το CMS έχει παρατηρήσει τη σύζευξη του μποζόνιου με τα βαρύτερα φερμιόνια: το ταου, το top κουάρκ και τώρα το bottom κουάρκ. Μάλιστα λόγω της εξαίρετης ικανότητας του LHC και των τεχνικών μηχανικής μάθησης τα επιτεύγματα ήλθαν νωρίτερα από ότι αναμένονταν.

Με περισσότερα δεδομένα, οι συνεργασίες θα βελτιώσουν την ακρίβεια αυτών, και άλλων μετρήσεων και θα διερευνήσουν τη διάσπαση του μποζόνιου Higgs σε ζεύγος φερμιονίων πολύ λιγότερης μάζας, τα μυόνια, πάντα παρακολουθώντας για αποκλίσεις στα δεδομένα που θα μπορούσαν να δείξουν για μια φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο. «Τα πειράματα συνεχίζονται για να πλησιάσουμε στο σωμάτιο Higgs, το οποίο θεωρείται συχνά μια πύλη για τη νέα φυσική. Οι μέθοδοι ανάλυσης έχουν πλέον δείξει ότι φθάνουν την απαιτούμενη ακρίβεια για την εξερεύνηση του πλήρους τοπίου της φυσικής, συμπεριλαμβανομένης – αν όλα πάνε καλά – της νέας φυσικής που μέχρι τώρα κρύβεται τόσο επιδέξια», αναφέρει ο Eckhard Elsen, Διευθυντής Έρευνας του CERN.