International Physics Masterclasses

Tο μποζόνιο Higgs

Το μποζόνιο Higgs ήταν το τελευταίο σωματίδιο του Καθιερωμένου Προτύπου του οποίου η ύπαρξη επιβεβαιώθηκε και πειραματικά. Τον Ιούλιο του 2012, τα πειράματα ATLAS και CMS ανακοίνωσαν την ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου με μάζα περίπου 125 GeV το οποίο ήταν συμβατό με το πολυ-αναμενόμενο μποζόνιο Higgs.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν προσδιορίζει την μάζα του Higgs. Βέβαια, για κάθε τιμή μάζας, το Πρότυπο προβλέπει την πιθανότητα παραγωγής του σε συγκρούσεις καθώς και τον τρόπο και τη πιθανότητα που το Higgs διασπάται σε άλλα σωματίδια. Το παρακάτω διάγραμμα (από αυτή την διεύθυνση) συνοψίζει την πιθανότητα που ένα σωματίδιο Higgs με μάζα 125 GeV διασπάται σε διάφορα γνωστά σωματίδια.

Ένα τόσο βαρύ σωματίδιο, βαρύτερο και από το Z που ήδη έχεις συναντήσει, έχει ένα πολύ μικρό χρόνο ζωής και επομένως διανύει πολύ μικρή απόσταση. Επομένως, η άμεση παρατήρησή του από τον ανιχνευτή ATLAS (και οποιονδήποτε άλλον ανιχνευτή) είναι αδύνατη.

Το σωματίδιο Higgs παράγεται κατά την διάρκεια των συγκρούσεων υψηλής ενέργειας στον επιταχυντή LHC. Τα πειράματα ATLAS και CMS έχουν παρατηρήσει διασπάσεις του Higgs (i) σε 2 σωματίδια Z, που με τη σειρά τους διασπώνται σε δύο ζευγάρια φορτισμένων λεπτονίων, (ii) σε δύο φωτόνια και (iii) σε δύο σωματίδια W που διασπώνται σε δύο φορτισμένα λεπτόνια και δύο νετρίνα.

Σ' αυτές τις Ζ-διαδρομές, θα έχεις την ευκαιρία να ψάξεις για διασπάσεις του Higgs της μορφής (i) και (ii) που αναφέρθηκαν παραπάνω και, κατά κάποιο τρόπο, να επαναλάβεις αυτό ακριβώς που έκαναν οι φυσικοί του ATLAS στο CERN!

Το σωματίδιο που ανακαλύφθηκε από τα ATLAS και CMS το 2012 αναφέρεται συνήθως ως "μποζόνιο Higgs". Διάφορες ιδιότητες, συμπεριλαμβανόμενου και του σπιν, έχουν ελεγχθεί και είναι συμβατές με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου. Η διάσπαση του Higgs σε ζεύγος λεπτονίων ταυ έχει παρατηρηθεί, αλλά η αντίστοιχη σε ζεύγος χαμηλών κουαρκ δεν έχει επιβεβαιωθεί ακόμα.

Αλλά γιατί παρατηρούμε μια τόσο "σπάνια" διάσπαση, όπως η H→γγ (με πιθανότητα 0.2%), και όχι μια πιο "συχνή" όπως η H→b/αντι-b (με πιθανότητα 57%); Στην τελευταία, τα δύο κουαρκ οδηγούν σε δύο πίδακες σωματιδίων που είναι πολύ δύσκολο να διακριθούν από το πλήθος παρόμοιων πιδάκων που παράγονται από τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις.

Με λίγη υπομονή, σε μελλοντικές Master Classes, θα ασχοληθούμε με τέτοιες διασπάσεις του Higgs. Τώρα, καλή τύχη στην έρευνά σου για το Higgs με διασπάσεις σε ZZ και γγ.

Δεν είναι εκπληκτικό που μόλις μερικούς μήνες μετά την ανακοίνωση για το Higgs έχεις, εσύ ο/η ίδιος/α, την ευκαιρία για μια κοντινή ματιά στο θέμα αυτό!

Ακολούθησε αυτόν τον σύνδεσμο αν θέλεις να μάθεις περισσότερα για το σωματίδιο Higgs. Στο Καθιερωμένο Πρότυπο, το πεδίο Higgs είναι υπεύθυνο για τις μάζες των σωματιδίων, και στο πεδίο αυτό αντιστοιχεί το σωματίδιο Higgs, με μηδενικό σπιν. Αυτό ακριβώς το σωματίδιο ψάχναμε στον LHC.