Higgs (marzec 2013)

W październiku 2013 przyznano F. Englertowi i P. Higgsowi nagrodę Nobla “za teoretyczne odkrycie mechanizmu, który poszerza naszą wiedzę o pochodzeniu mas cząstek elementarnych, i który został niedawno potwierdzony przez odkrycie postulowanej cząstki dokonane przez eksperymenty ATLAS i CMS działające w CERNie przy Wielkim Zderzeczy Hadronów (LHC)”.

Na konferencji “Recontres de Moriond 2013″ (Moriond 2012), która odbyła się w La Thuile we Włoszech w dniach 9-16 marca 2013 przedstawiono wyniki badań prowadzonych przy LHC. W szczególności eksperymenty ATLAS i CMS przedstawiły wstępne wyniki poszukiwań bozonu Higgsa uzyskane przez analizę wszystkich danych zebranych w latach 2010-2012. Poniżej przytaczamy najistotniejsze wyniki uzyskane przez eksperyment CMS.

int_lumi_cumulative_pp_2


Ilość danych zbieranych przez detektor CMS w latach 2010, 2011 oraz 2012. Źródło: CERN/CMS

Wyniki ogłoszone na konferencji Moriond 2013 zostały uzyskane na podstawie analizy znacznie większej ilości danych, niż prezentowane pod koniec 2012 roku. Przeanalizowano około 24 fb-1, z czego około 19 fb-1 to dane zebranie przy energii 8 TeV. Poprzednie wyniki był oparte na analizie 17 fb-1. Niestety na nowe dane musimy poczekać do 2015 roku, kiedy LHC zostanie ponownie uruchomiony po dwu letniej przerwie. Podczas przerwy w  działaniu LHC zostaną wykonane niezbędne naprawy, które pozwolą na uzyskanie energii zderzeń 13 TeV, dzięki czemu będzie można dokładnie zbadać własności bozonu Higgsa, oraz poszukiwać nowych cząstek i większych niż do tej pory masach.

HZZ4l_date_animated_small

Zmiany rozkładu masy niezmienniczej czterech leptonów wraz ze dołączaniem nowych danych zebranych przez detektor CMS. Obecność bozonu Higgsa przejawia się jako “górka” w okolicy X = 126. Źródło: CERN/CMS

Nie mamy już żadnej wątpliwości, że w LHC odkryto nową cząstkę o masie około 126 GeV/c2, której własności są generalnie zgodne z tym czego oczekujemy dla bozonu Higgsa opisanego przez Model Standardowy. Badania związane z cząstką Higgsa weszły w nowy etap: badanie własności nowej cząstki. W tej chwili wiemy, że cząstka, której odkrycie ogłoszono w CERN 4 lipca 2012 “wygląda” podobnie jak bozon Higgsa, tzn. ma podobne własności. Stwierdzenie czy to jest dokładnie bozon Higgsa czy coś innego wymaga zbadania jej własności: jak często rozpada się na różne rodzaje cząstek oraz jakie są jej tzw. liczny kwantowe.

sqr_m6summary

Częstości rozpadu bozonu Higgsa na różne cząstki wyznaczone w eksperymencie CMS. Przewidywania Modelu zaznaczono przerywaną linią. Czerwone linie pokazują rozmiar niepewności doświadczalnej. Źródło: CERN/CMS

 

Model Standardowy bardzo dokładnie przewiduje jak często bozon Higgsa rozpada się na różne rodzaje cząstek, np. na dwa leptony tau. Jedyną liczbą jaką trzeba było podać by uzyskać przewidywania Modelu była…masa bozonu Higgsa. Badanie własności bozonu Higgsa polega między innymi na sprawdzeniu czy obserwowane częstości rozpadu są zgodne z przewidywaniami. Niestety precyzyjne  wyznaczenie tych wielkości w LHC jest bardzo trudne. Wyniki prezentowane w Morion pokazują, że w ramach dużych niepewności doświadczalnych wszystkie obserwacje są zgodne z przewidywaniami.
Można jednak też znaleźć wiele alternatywnych modeli które będą się mieściły “w granicach błędu doświadczalnego”.

separation_gg2pmin

Wyniki porównania dwóch hipotez spinu bozonu Higgsa. Kolorowe rozkłady reprezentują możliwe wyniki eksperymentu przy założeniu spinu 2, (kolor niebieski), lub 0 (kolor pomarańczowy). Wynik obserwacji, oznaczony strzałką wskazuje wyraźnie na spin 0. Źródło: CERN/CMS

 

 

Istniejące dane pozwalają także na badanie liczb kwantowych bozonu Higgsa. Wszystkie pomiary wskazują, że cząstka o masie 126 GeV ma spin 0 oraz parzystość dodatnią.