{"id":353,"date":"2012-06-29T07:59:03","date_gmt":"2012-06-29T07:59:03","guid":{"rendered":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/?page_id=353"},"modified":"2014-07-08T07:15:11","modified_gmt":"2014-07-08T07:15:11","slug":"higgs-2012","status":"publish","type":"page","link":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/?page_id=353","title":{"rendered":"Higgs (lipiec 2012)"},"content":{"rendered":"

<\/strong>W \u015brod\u0119 4 lipca na specjalnym seminarium w CERN w Genewie przedstawiono wyniki tegorocznych poszukiwa\u0144 bozonu Higgsa w eksperymentach przy akceleratorze LHC. Zaprezentowane wyniki oparte s\u0105 na danych zebranych w latach 2011 – 2012. Eksperymenty CMS i ATLAS w analizie przypadk\u00f3w zderze\u0144 proton-proton w kt\u00f3rych pojawiaj\u0105 si\u0119 dwa fotony lub cztery leptony zaobserwowa\u0142y znacz\u0105cy sygna\u0142 kt\u00f3ry mo\u017cna interpretowa\u0107 jako produkcj\u0119 i rozpad cz\u0105stki o masie oko\u0142o 125 GeV\/c2<\/sup>. Wyznaczone do tej pory w\u0142asno\u015bci tej cz\u0105stki wskazuj\u0105, \u017ce mo\u017ce to by\u0107 poszukiwany w wielu eksperymentach bozon Higgsa. <\/span><\/p>\n

Artyku\u0142y prezentuj\u0105ce wyniki bada\u0144 zosta\u0142y opublikowane w czasopi\u015bmie Physics Letters B. Odno\u015bnik do artyku\u0142u eskperymentu ATLAS jest tutaj<\/a>, a do artyku\u0142u eksperymentu CMS tutaj.<\/a><\/span><\/p>\n

<\/strong>
\n<\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Poni\u017cej prezentujemy nasz komentarz oraz komunikat eksperymentu CMS (odno\u015bniki do plik\u00f3w pdf w wersji: polskiej <\/a>oraz: angielskiej<\/a> oraz strony WWW<\/a>). Analogiczne wyniki zosta\u0142y tak\u017ce zaprezentowane przez eksperyment ATLAS. Mo\u017cna je znale\u017a\u0107 tutaj<\/a>.<\/p>\n

 <\/p>\n

G\u0142\u00f3wnym celem eksperymentu naukowego CMS przy LHC jest ostateczna weryfikacja za\u0142o\u017ce\u0144 standardowego modelu oddzia\u0142ywa\u0144 fundamentalnych. Model ten jest pomnikowym osi\u0105gni\u0119ciem XX wieku, najdoskonalszej teorii jak\u0105 uda\u0142o si\u0119 ludzko\u015bci opracowa\u0107. Model ten ma jedno niesprawdzone przewidywanie: istnienie tzw. cz\u0105stki Higgsa. Jej odkrycie lub wykluczenie<\/em> jej istnienia b\u0119dzie stanowi\u0107 pomost do dalszego zg\u0142\u0119biania tajemnic Natury na najbardziej podstawowym poziomie. Jednocze\u015bnie mamy uzasadnion\u0105 nadziej\u0119 odkrycia zjawisk zwi\u0105zanych z cz\u0105stk\u0105 Higgsa, ale wykraczaj\u0105cych poza model standardowy. Mo\u017cemy r\u00f3wnie\u017c odkry\u0107 co\u015b zupe\u0142nie nowego.<\/em><\/p>\n

Projekt, budowa i obs\u0142uga detektora CMS to jedno z niewielu naprawd\u0119 globalnych przedsi\u0119wzi\u0119\u0107 realizowanych przez uczonych z wielu kraj\u00f3w \u015bwiata. Z dum\u0105 mo\u017cemy powiedzie\u0107, ze uczeni z Polski maja w nim sw\u00f3j wk\u0142ad od samego pocz\u0105tku.<\/em><\/p>\n

Podsystem uk\u0142adu wyzwalania, kt\u00f3ry zosta\u0142 zaprojektowany i zbudowany w Warszawie jest istotnym elementem sk\u0142adowym detektora CMS. Dzi\u0119ki niemu przypadki zderze\u0144 proton-proton, w kt\u00f3rych pojawi\u0142 si\u0119 mion o odpowiednio du\u017cej energii mog\u0105 zosta\u0107 zarejestrowane. O tym jak wa\u017cne s\u0105 miony dla programu naukowego CMS \u015bwiadczy u\u017cycie ich w samej nazwie eksperymentu (ang. Compact Muon Solenoid).<\/em><\/p>\n

Jedn\u0105 ze specjalno\u015bci warszawskiej grupy eksperymentu CMS jest analiza przypadk\u00f3w z dwoma leptonami tau w stanie ko\u0144cowym (leptony tau rozpadaj\u0105 si\u0119 tu\u017c po powstaniu miedzy innymi na miony). Jest to jeden z kluczowych kana\u0142\u00f3w rozpadu cz\u0105stki Higgsa. Dzi\u0119ki niemu ju\u017c wkr\u00f3tce b\u0119dziemy mogli stwierdzi\u0107, czy sygna\u0142, o kt\u00f3rym dzisiaj powiadomili\u015bmy, pochodzi od cz\u0105stki Higgsa takiej, jak\u0105 przewiduje model standardowy, czy tez mamy do czynienia z czym\u015b bardzo podobnym, ale wskazuj\u0105cym na konieczno\u015b\u0107 rozszerzenia tego modelu.<\/em><\/p>\n

Obserwacja Nowej Cz\u0105stki o Masie 125 GeV<\/h1>\n

Eksperyment CMS, CERN<\/p>\n

4 lipca 2012<\/p>\n

Streszczenie<\/span><\/span><\/h3>\n

Na wsp\u00f3lnym seminarium w CERN i na konferencji <\/span>\u201cICHEP 2012\u201d [1] odbywaj\u0105cej si\u0119 w\u00a0Melbourne, naukowcy pracuj\u0105cy przy eksperymencie CMS (ang. Compact Muon Solenoid) dzia\u0142aj\u0105cym przy Wielkim Zderzaczu Hadron\u00f3w (ang. Large Hadron Collider \u2013 LHC) zaprezentowali wst\u0119pne wyniki poszukiwa\u0144 bozonu Higgsa w\u00a0ramach modelu standardowego (MS), oparte na danych zebranych do czerwca 2012 roku.<\/span><\/strong><\/p>\n

Eksperyment CMS obserwuje nadwy\u017ck\u0119 przypadk\u00f3w przy masie oko\u0142o 125 GeV [2] o\u00a0statystycznej znacz\u0105co\u015b\u0107 pi\u0119ciu odchyle\u0144 standardowych (5 sigma) [3] ponad oczekiwanym t\u0142em. Prawdopodobie\u0144stwo tego, \u017ce przypadki samego t\u0142a zafluktuuj\u0105 daj\u0105c sygna\u0142 taki, jak sygna\u0142 spodziewany od cz\u0105stki Higgsa, wynosi oko\u0142o jeden do trzech milion\u00f3w. Obserwowany sygna\u0142 jest najbardziej wyra\u017any w dw\u00f3ch stanach ko\u0144cowych o najlepszej rozdzielczo\u015bci masowej: w\u00a0stanie ko\u0144cowym zawieraj\u0105cym dwa fotony oraz w stanie zawieraj\u0105cym dwie pary na\u0142adowanych lepton\u00f3w (elektron\u00f3w lub mion\u00f3w). Wynik ten interpretujemy jako wk\u0142ad od produkcji wcze\u015bniej nie obserwowanej cz\u0105stki o masie oko\u0142o 125 GeV.<\/strong><\/span><\/p>\n

Ponadto, dane CMS wykluczaj\u0105 istnienie bozonu Higgsa z MS w zakresach mas 110-122,5 GeV i\u00a0127-600 GeV na poziomie ufno\u015bci 95%\u00a0[4] \u2013 mniejsze masy zosta\u0142y ju\u017c wykluczone na tym samym poziomie ufno\u015bci przez zderzacz LEP dzia\u0142aj\u0105cy uprzednio w CERN.<\/strong><\/span><\/p>\n

W ramach statystycznych i systematycznych niepewno\u015bci, wyniki uzyskane w r\u00f3\u017cnych kana\u0142ach poszukiwa\u0144 s\u0105 zgodne z\u00a0oczekiwaniami dla bozonu Higgsa w ramach MS. Dopiero zebranie wi\u0119kszej ilo\u015bci danych pozwoli ustali\u0107, czy ta nowa cz\u0105stka ma wszystkie w\u0142asno\u015bci standardowego bozonu Higgsa, czy te\u017c niekt\u00f3re z jej w\u0142asno\u015bci nie pasuj\u0105 do MS, co oznacza\u0142oby istnienie nowej fizyki poza modelem standardowym.<\/strong><\/span><\/p>\n

LHC dostarcza nowych danych z imponuj\u0105c\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105. Do ko\u0144ca 2012 roku CMS ma nadziej\u0119 zwi\u0119kszy\u0107 ponad trzykrotnie pr\u00f3bk\u0119 zebranych <\/strong><\/span>danych. Dane te pozwol\u0105 CMS zbada\u0107 dok\u0142adniej natur\u0119 nowej cz\u0105stki oraz powi\u0119ksz\u0105 zasi\u0119g wielu innych poszukiwa\u0144 nowej fizyki. <\/strong><\/p>\n

Strategia poszukiwa\u0144 w eksperymencie CMS<\/span><\/span><\/h3>\n

CMS przeanalizowa\u0142 ca\u0142\u0105 pr\u00f3bk\u0119 danych ze zderze\u0144 proton-proton w latach 2011 i 2012, a\u017c do 18\u00a0czerwca br. Dane te odpowiadaj\u0105 sca\u0142kowanej \u015bwietlno\u015bci [5] do 5 fb<\/span>-1<\/sup><\/span> przy energii w\u00a0\u015brodku masy 7\u00a0TeV w 2011 i do 5,3 fb<\/span>-1<\/sup><\/span> przy energii 8 TeV w 2012 roku. <\/span><\/p>\n

Model standardowy przewiduje, \u017ce bozon Higgsa \u017cyje bardzo kr\u00f3tko, po czym rozpada si\u0119 na wiele innych, dobrze znanych cz\u0105stek. Eksperyment CMS bada\u0142 pi\u0119\u0107 podstawowych kana\u0142\u00f3w rozpadu. W\u00a0trzech kana\u0142ach rozpad nast\u0119puje na pary bozon\u00f3w (\u03b3\u03b3, ZZ lub WW), a w dw\u00f3ch na pary lepton\u00f3w (bb lub \u03c4\u03c4), gdzie \u03b3 oznacza foton, Z i W oznaczaj\u0105 no\u015bniki oddzia\u0142ywa\u0144 s\u0142abych, b oznacza kwark niski (ang. bottom) a \u03c4 oznacza lepton tau. <\/span>Kana\u0142y \u03b3\u03b3, ZZ i WW s\u0105 jednakowo dok\u0142adne w\u00a0poszukiwaniach bozonu Higgsa o masie oko\u0142o 125 GeV i jednocze\u015bnie s\u0105 bardziej czu\u0142e ni\u017c kana\u0142y bb i \u03c4\u03c4.<\/p>\n

Kana\u0142y \u03b3\u03b3 i ZZ s\u0105 szczeg\u00f3lnie wa\u017cne, poniewa\u017c pozwalaj\u0105 na precyzyjny pomiar masy nowej cz\u0105stki. W kanale \u03b3\u03b3 masa jest wyznaczana z energii i kierunk\u00f3w dw\u00f3ch wysokoenergetycznych foton\u00f3w mierzonych przez kalorymetr elektromagnetyczny eksperymentu CMS (ECAL, rysunek 1). W kanale ZZ masa jest wyznaczana z rozpad\u00f3w dw\u00f3ch bozon\u00f3w Z na dwie pary elektron\u00f3w, dwie pary mion\u00f3w lub par\u0119 elektron\u00f3w i par\u0119 mion\u00f3w (rysunek 2). Cz\u0105stki te s\u0105 mierzone w kalorymetrze elektromagnetycznym, wewn\u0119trznym detektorze \u015bladowym i komorach mionowych.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
\"\"<\/a>
\n<\/a><\/td>\n<\/tr>\n
Rysunek 1. <\/strong>Przypadek zarejestrowany w detektorze CMS w 2012 roku, przy energii w\u00a0\u015brodku masy r\u00f3wnej 8 TeV. Przypadek jest zgodny z charakterystyk\u0105 oczekiwan\u0105 dla rozpadu standardowego bozonu Higgsa na par\u0119 foton\u00f3w (\u017c\u00f3\u0142te, przerywane linie i\u00a0zielone prostopad\u0142o\u015bciany). Przypadek ten mo\u017ce te\u017c by\u0107 efektem znanych proces\u00f3w t\u0142a opisywanych przez model standardowy.<\/td>\n<\/tr>\n
\"\"<\/a><\/td>\n<\/tr>\n
Rysunek 2.<\/strong> Przypadek zarejestrowany w detektorze CMS w 2012 roku, przy energii w\u00a0\u015brodku masy r\u00f3wnej 8 TeV. Przypadek jest zgodny z charakterystyk\u0105 oczekiwan\u0105 dla rozpadu standardowego bozonu Higgsa na par\u0119 bozon\u00f3w Z, z kt\u00f3rych jeden rozpad\u0142 si\u0119 na par\u0119 elektron\u00f3w (zielone linie i prostopad\u0142o\u015bciany) a drugi na par\u0119 mion\u00f3w (czerwone linie). Przypadek ten mo\u017ce te\u017c by\u0107 efektem znanych proces\u00f3w t\u0142a opisywanych przez model standardowy.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Kana\u0142 WW jest bardziej z\u0142o\u017cony. Ka\u017cdy z bozon\u00f3w W jest identyfikowany poprzez rozpad na elektron i neutrino lub mion i neutrino. Neutrina przelatuj\u0105 przed detektor CMS niezauwa\u017cone, dlatego w\u00a0kanale WW bozon Higgsa objawia\u0142by si\u0119 jako szeroka nadwy\u017cka przypadk\u00f3w w rozk\u0142adzie masy, a\u00a0nie jako w\u0105ski pik. Kana\u0142 bb charakteryzuje si\u0119 du\u017cym t\u0142em pochodz\u0105cym od proces\u00f3w znanych w\u00a0modelu standardowym, wobec czego w tym kanale bozonu Higgsa poszukuje si\u0119 w\u00a0przypadkach jednoczesnej produkcji bozonu Higgsa i bozon\u00f3w W lub Z, kt\u00f3re rozpadaj\u0105 si\u0119 na elektron(-y) lub mion(-y). W kanale \u03c4\u03c4 obserwuje si\u0119 rozpady \u03c4 na elektrony, miony i hadrony.<\/p>\n

Podsumowanie wynik\u00f3w CMS<\/h3>\n

Ilo\u015b\u0107 danych zebrana przez CMS powinna wystarczy\u0107 do ca\u0142kowitego wykluczenia zakresu mas
\n110\u2013600\u00a0GeV na poziomie ufno\u015bci 95%, je\u015bli bozon Higgsa w ramach MS nie istnieje. W\u00a0rzeczywisto\u015bci dane pozwoli\u0142y wykluczy\u0107 istnienie bozonu Higgsa w ramach MS na poziomie ufno\u015bci 95% w dw\u00f3ch szerokich zakresach mas 110\u2013122,5 GeV oraz 127\u2013600 GeV.<\/span><\/p>\n

Zakres mas 122,5\u2013127 GeV nie mo\u017ce by\u0107 wykluczony, poniewa\u017c obserwujemy nadwy\u017ck\u0119 przypadk\u00f3w w\u00a0trzech z pi\u0119ciu analizowanych kana\u0142\u00f3w:<\/span><\/p>\n