Experimentele de la Tevatron constrâng masa bozonului Higgs
Experimentele de la Tevatron constrâng masa bozonului Higgs
pe 13 Martie 2009 (Vineri). Ultima actualizare pe 20 Martie 2009 (Vineri)
Experimentele CDF şi DZero au exclus o fracţie importantă din teritoriul posibil pentru bozonul Higgs, iar teritoriul unde bozonul Higgs poate fi găsit continuă să se micşoreze. Cea mai recentă analiză a datelor experimentale colectate cu detectoarele CDF şi DZero de la acceleratorul Tevatron de la laboratorul american Fermilab exclude acum un procent important din intervalul de valori posibile pentru masa bozonului Higgs. Acest interval era cel cuprins intre 114 şi 185 GeV/c2 şi a fost stabilit de măsurători precedente la experimente şi laboratoare din întreaga lume. Acum, experimentele CDF şi DZero de la Fermilab elimină o întreagă zonă din acest interval şi stabiliesc că masa bozonului Higgs nu poate fi între 160 şi 170 GeV/c2.
Complexul de accelerarare de la laboratorul Fermilab, unde experimentele de la Tevatron constrâng masa bozonului Higgs.
"Acest rezultat important a fost produs de funcţionarea fără reproş a acceleratorului Tevatron şi a detectoarelor CDF şi DZero de la laboratorul Fermilab", spune Dennis Kovar, director adjunct al Office of Science de la agenţia guvernamentală americană care finanţează laboratorul Fermilab, anume Department of Energy. "Asteptăm cu nerăbdare ca experimentele de la Tevatron să constrângă încă şi mai mult masa bozonului Higgs".
Situaţia la zi a căutării bozonului Higgs în întreaga lume. Această axa reprezintă valorile posibile ale masei bozonului Higgs. Zonele cu verde au fost deja excluse la alte experimente decât cele de la acceleratorul Tevatron. Zona cu portocaliu închis a fost exclusă de Tevatron cu o încredere de 95% (două intervale de încredere, cum ar spune oamenii de ştiinţă), iar zona cu portocaliu deschis a fost exclusă tot de Tevatron cu o încredere de 90% (undeva între unul şi două intervale de încredere). Este pentru prima oară când se exclude un interval din masa bozonului Higgs la Tevatron, care este în compeţitie acerbă, dar prietenească cu acceleratorul LHC pentru observarea bozonului Higgs. Acceleratorul LHC va avea primele coliziuni abia în octombrie 2009, aşadar Tevatron-ul este într-o poziţie bună. Credit imagine: Fermilab.
Particula Higgs joacă un rol cheie în infrastructura teoretică care este numită Modelul Standard al particulelor şi interacţiilor. Conform Modelului Standard, bozonul Higgs explică de ce unele particulele elementare au masă, pe când altele nu au.
Conform Modelului Standard, particulele elementare primesc o masă cu atât mai mare cu cât interacţionează cu câmpul Higgs mai intens. Când nu interacţionează deloc, particula rămâne fără masă (sau mai precis spus, are o masă invariantă zero) şi atunci particula călătoreşte mereu doar cu viteza luminii. Singurele particulele cunoscute până acum care au masă zero sunt fotonii (particulele de lumină, care mediază forţa electromagnetică) şi gluonii (particulele care mediază forţa tare, care ţine cuarcii împreună în atomi şi protoni şi indirect protonii şi neutronii împreună în nucleu). Rolul particulei Higgs este aşadar foarte important în explicarea proprieţăţilor Universului nostru aşa cum este el. Credit imagine: Fermilab.
Până acum, bozonul Higgs a scăpat încercărilor de detectare directă. Astfel de căutări la acceleratorul Large Electron Positron de la laboratorul european CERN au stabilit că masa bozonului Higgs trebuie să fie mai mare decât 114 GeV/c2. Pe de alta parte, există şi o limită superioară de 185 GeV/c2, limită stabilită nu prin căutări directe, ci indirect, prin calcule ale efectelor cuantice care implică bozonul Higgs.
"Una din zonele în care finanţează NSF cercetările este tocmai descoperirea originii masei particulelor elementare(n.t. NSF, National Science Foundation, este cea de-a doua agenţie guvernamentală americană care finanţează cercetarea ştiinţifică).Acest rezultat este un pas important în această direcţie", spune Joe Dehmer, directorul diviziunii de fizică al National Science Foundation.
Observarea experimentală a bozonului Higgs este totodată şi scopul experimentelor de la acceleratorul Large Hadron Collider de la CERN, care plănuiesc să înregistreze primele coliziuni de protoni înainte de sfârşitul acestui an.
Acest succes de contrângere a masei bozonului Higgs a fost reuşit la experimentele de la Tevatron datorită unei performanţe excelente a acceleratorului şi a îmbunătăţilor continue pe care experimentele le aduc în analiza datelor.
"Acceleratorul Tevatron de la Fermilab produce aproximativ zece milioane de coliziuni pe secundă", spune unul din coordonatorii experimentului DZero, Darien Wood, de la Universitatea Northwestern. "Modelul Standard prezice de câte ori pe an ne aşteptăm să observăm bozonul Higgs în detectorul nostru şi cât de des alte particule care seamnănă foarte mult cu semnalul bozonului Higgs. Perfecţionând tehnicile de analiză a datelor şi colectând noi şi noi date experimentale, adevăratul semnal Higgs, dacă există, va fi observat mai devreme sau mai târziu".
Pentru a creşte şansele de a observa experimental bozonul Higgs, oamenii de ştiinţă de la CDF şi DZero combină rezultatele analizelor lor, dublând astfel cantitatea de date aflată la dispoziţie.
"O coliziune de particule la acceleratorul Tevatron poate produce un bozon Higgs în numeroase moduri, iar apoi un bozon Higgs poate să se dezintegreze în diferite tipuri de particule", spune unul din coodonatorii experimentului CDF, Rob Roser, de la Fermilab. "Fiecare experiment examinează tot mai multe astfel de posibilităţi. Combinându-le pe toate, sperăm să vedem o primă sugestie pentru particula Higgs".
Până acum, fiecare din experimentele CDF şi DZero au analizat fiecare aproximativ trei fembtobarni la puterea minus unu de date (în astfel de unităţi se măsoară cantitatea de date experimentale colectate). Până la sfârşitul anului 2010, datorită funcţionării excelente a acceleratorului Tevatron, fiecare experiment va colecta un total de aproximativ 10 femtobarni la puterea minus unu. Acceleratorul continuă să depăşească record după record, crescând astfel numărul de coliziuni proton-antiproton pe care le produce.
Acest rezultat despre căutarea bozonului Higgs este doar unul între alte aproximativ 70 de rezultate pe care colaborările CDF şi DZero le-au prezentat la conferinţa anuală Electroweek Physics and Unified Theories, cunoscută şi sub numele de Rencontres de Moriond, care are loc între 7 şi 14 martie 2009. În anul 2008, cele două experimente au produs împreună aproape 100 de lucrări ştiinţifice publicate în reviste peer-reviewed ISI şi au conferite aproximativ 50 de titluri de doctor în fizică.
Contacte Media:
Kurt Riesselmann, Fermilab, Această adresă de e-mail este protejată de spamboţi; aveţi nevoie de activarea JavaScript-ului pentru a o vizualiza ; Judy Jackson, Fermilab, Această adresă de e-mail este protejată de spamboţi; aveţi nevoie de activarea JavaScript-ului pentru a o vizualiza
Grafice, imagini şi video se pot găsi aici.
Notă pentru editori:
Acceleratorul Tevatron este cel mai energetic accelerator de particule din lume. Se află la laboratorul Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) de lângă Chicago, Illinois, SUA. Este patronat şi finanţat de agenţia guvernamentală americană Department of Energy.
CDF este un experiment internaţional unde lucrează 602 fizicieni de la 63 de instituţii din 15 ţări. DZero este un experiment internaţional condus de 550 fizicieni de la 90 de instituţii din 18 ţări. Finanţarea cercerătărilor de la CDF şi DZero vine de la Office of Science al Departement of Energy, de la National Science Foundation şi de la alte agenţii guvernamentale de finanţare din alte ţări.
Instituţiile colaboratoare în cadrul CDF aici
Instituţiile colaboratoare în cadrul DZero aici
Barbara Alvarez, doctorandă la CDF, vorbind despre căutarea bozonului Higgs într-un clip video.
Michael Kirby, cercetător la DZero, vorbind despre căutarea bozonului Higgs într-un clip video.
Complexul de accelerare de la Fermilab.
Detectorul de particule CDF, de la Fermilab.
Detectorul de particule DZero, de la Fermilab.
Declaraţie de presă din 13 martie 2009 a laboratorului Fermilab, tradusă pentru www.StiintaAzi.ro şi publicul român de Adrian Buzatu, doctorand în fizica particulelor la experimentul CDF de la Fermilab (unul din cei 602 fizicieni amintiţi mai sus), având ca subiect al tezei de doctorat chiar căutarea bozonului Higgs într-un anume caz particular de producere (bozonul Higgs produs împreună cu bozonul W) şi un anume caz de dezintegrare (bozonul Higgs dezintegrat în doi cuarci bottom).
Mai multe despre bozonul Higgs
Bozonul Higgs pe înţelesul tuturor
Bozonul Higgs - întrebări frecvente
Moştenirea accelereratorului Tevatron
Acceleratorul Tevatron, paşi spre bozonul Higgs
Ai inteles bine, Cristi. Numai ca LHC va avea primele coliziuni in octombrie 2009, apoi vor trece luni bune pana vor intelege bine detectorul, pana vor calibra detectorul. Poate la conferinta asta dar la anul vor anunta primele rezultate despre Modelul Standard si opate vor exclude si ei aceasta regiune la masa mare. Dar intre timp si Tevatronul va face din acest interval de 10 GeV unul si mai mare la vara, apoi la iarna.
La masa mica este mai greu, dar si acolo Tevatronul a facut progrese, chiar daca nu apare in declaratia asta de presa. Acum, pnetru masa de 115 GeV/c2, limita este de 2.4 ori predictia Modelului Standard. Adica daca Modelul Standard ar prezice ca semnalul ar fi de 2.4 ori mai mare, atunci ori l-am vedea si descoperi, ori nu l-am vedea si exclude. Aceasta valoare era de 3.3 asta vara si vreo 10 acum vreo 2 ani. Se apropie usor usor de 1. Si LHC-ului ii vor lua cativa ani pana sa poata descoperi sau exclude bozonul Higgs la masa mica, caci trebuie sa inteleaga bine detectorul pentru zgomotul format din cuarcii bottom ce sunt produsi in mod normal, de milioane de ori mai des decat aparitia lor dintr-un bozon Higgs.
Asadar, si Tevatronul va spune mai multe despre masa bozonului Higgs inainte sa intre in scena LHC-ul, dar va fi paine pentru LHC in orice caz. Si daca va fi descoperit, apoi trebuie studiate numelele sale cuantice in detaliu ...
daca inteleg eu bine ce spui, ei au exclus bozonul Higgs din zonele de masa unde masuratorile sunt suficient de bune (nu sunt multe erori) care se intampla sa fie in mijoc... daca e asa, atunci restul ramane painea LHC-ului....
Buna Cristi. Acest rezultat nu are nicio legatura cu articolul precedent, este un nou rezultat, de sine statator. Poza a dou din acest articol prezinta o linie orizontala cu valorile maselor si doua zone verzi, deja excluse. Zona din stanga este exclusa prin cautari directe. Zona din dreapta, este prin cautari indirecte. Faptul ca masa bozonului W se cunoaste mai precis face ca acea valoare de 185 GeV/c2 sa fie corectata la o alta valoare. Dar masurarea masei bozonului W este si importanta per se, fiind un parametru fundamental in Modelul Standard. Titlul declaratiei a fost asa, de ochii presei, de PR, care daca nu puneai bozonul Higgs in titlu, nu i-ar fi acordat importanta. Adica ajuta in mod real cautarea bozonului W, dar indirect si asta prin faptul ca ar fi alta valoare in loc de 185.
Acum, intervalul exclus de CDF si DZero este prin cautare directa. Metodele de cautare variaza intre masa mica (intre 114 si 135 GeV/c2) si masa mare (intre 135 si 185 GeV/c2). Cautarile la masa mica inca nu sunt suficient de "sensitive", dar la masa mare sunt. Astfel, pe intervalul 160-170 GeV/c2, graficul sensitivitatii este sub cel al "production cross section times branching ratio". Adica ceva de genul: eu am rezolutie sa vad semnalul daca este mai mic decat valoarea x, dar teoria prezice ca Higgs daca ar fi la aceasta masa ar avea valoarea y, mai mare ca x, atunci ar fi trebuit sa il vad, dar daca nu l-am vazut, inseamna ca nu exista aici. Astfel, este exclusa acea valaore. La fel pentru alte puncte de masa. Si astfel iese un interval de excludere cu o anumita probabilitate. 95% de obicei.
O sa incerc sa pregatesc o explicatie mai clara pentru public a cum s-a efectuat efectiv cautarea.
Intrebarile tale sunt binevenite, ma pot ajuta in aceasta incercare.
Rezultatele au legatura cu precizia masurata pentru boizonul W, nu-i asa? (articolul precedent). Ce nu inteleg, este cum aceste experimente pot EXCLUDE un interval. Ma asteptam sa il restranga, sa il faca mai mic...