Изображение предоставлено: Berkeley Lab
В случае, когда сюжет утолщается по мере раскрытия тайны, бозон Хиггса только что стал тяжелее, хотя субатомная частица еще не найдена. В письме к научному журналу Nature, опубликованном в номере от 10 июня 2004 года, международное сотрудничество ученых, работающих на ускорителе Tevatron Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab), сообщает о самых точных измерениях для массы топа. кварк? субатомная частица, которая была найдена? и это требует пересмотра вверх для давно постулированного, но все еще необнаруженного бозона Хиггса.
«Поскольку масса верхнего кварка, о которой мы сообщаем, немного выше, чем измеренная ранее, это означает, что наиболее вероятное значение массы Хиггса также выше», - говорит Рон Мадарас, физик из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Беркли). Lab), который возглавляет местное участие в эксперименте D-Zero на Tevatron. «Наиболее вероятная масса Хиггса теперь увеличена с 96 до 117 ГэВ / с2»? ГэВ / с2 - это единица массы физики элементарных частиц; масса протона составляет около 1 ГэВ / с2? «Это означает, что это, вероятно, за пределами чувствительности текущих экспериментов, но очень вероятно, будет найдено в будущих экспериментах на Большом адронном коллайдере, строящемся в ЦЕРН».
Бозон Хиггса был назван недостающим звеном в Стандартной модели частиц и полей, теории, которая использовалась для объяснения фундаментальной физики с 1970-х годов. До 1995 года также отсутствовал верхний кварк, но тогда экспериментальные группы, работающие на двух больших детекторных системах Tevatron, D-Zero и CDF, смогли обнаружить его самостоятельно.
Ученые считают, что бозон Хиггса, названный в честь шотландского физика Питера Хиггса, который впервые теоретизировал его существование в 1964 году, отвечает за массу частицы, количество вещества в частице. Согласно теории, частица приобретает массу благодаря взаимодействию с полем Хиггса, которое, как полагают, пронизывает все пространство и сравнивается с мелассой, которая прилипает к любой частице, проходящей через нее. Поле Хиггса будет переноситься бозонами Хиггса, так же как электромагнитное поле переносится фотонами.
«В стандартной модели масса бозона Хиггса коррелирует с массой верхнего кварка, - говорит Мадарас, - поэтому улучшенное измерение массы верхнего кварка дает больше информации о возможном значении массы бозона Хиггса».
Согласно Стандартной модели, в начале вселенной было шесть различных типов кварков. Верхние кварки существуют только на мгновение, прежде чем распадаться на нижние кварки и W-бозон, что означает, что те, которые были созданы при рождении вселенной, давно ушли в прошлое. Однако в Tevatron Fermilab, самом мощном коллайдере в мире, столкновения между миллиардами протонов и антипротонов дают случайный верхний кварк. Несмотря на их краткие появления, эти главные кварки могут быть обнаружены и охарактеризованы экспериментами D-Zero и CDF.
Объявляя результаты D-Zero, пресс-секретарь эксперимента Джон Вомерсли сказал: «Метод анализа, который позволяет нам извлекать больше информации из каждого события верхнего кварка, произошедшего в нашем детекторе, дал значительно улучшенную точность плюс-минус 5,3 ГэВ / с2 в измерение максимальной массы по сравнению с предыдущими измерениями. Новое измерение сопоставимо с точностью всех предыдущих измерений массы верхнего кварка вместе взятых. Когда этот новый результат объединяется со всеми другими измерениями из экспериментов D-Zero и CDF, новое мировое среднее значение для максимальной массы становится 178,0 плюс или минус 4,3 ГэВ / с2 ».
Детекторная система D-Zero состоит из центральной матрицы детекторов слежения, герметичного калориметра для измерения энергии и большой системы мюонных детекторов с большим углом обзора. Лаборатория Беркли разработала и изготовила два электромагнитных калориметра с торцевой крышкой, а также детектор начальных вершин, самый внутренний компонент системы слежения. Следящие детекторы дополняют калориметры путем измерения траекторий частиц. Только когда траектория и измерения энергии объединены, ученые могут идентифицировать и охарактеризовать частицы.
Хотя повышение центральной величины массы верхнего кварка, по-видимому, уменьшает вероятность того, что бозон Хиггса может быть обнаружен на Тэватроне, он открывает более широкие двери для новых открытий в суперсимметрии, также известных как SUSY, расширение Стандартной модели, которая объединяет частицы силы и материи благодаря существованию суперпартнеров (иногда их называют «частицами»). Суперсимметрия стремится заполнить пробелы, оставленные стандартной моделью.
«Текущие пределы массы или границы, которые исключают суперсимметричные частицы, очень чувствительны к массе верхнего кварка», - говорит Мадарас. «Так как масса верхнего кварка теперь выше, эти пределы или границы не такие строгие, что увеличивает вероятность увидеть суперсимметричные частицы на Тэватроне».
Ученые из почти 40 американских университетов и 40 зарубежных учреждений внесли свой вклад в анализ данных, о которых сообщалось в письме к Природе экспериментальной группы D-Zero. Соавторами письма Берклиской лаборатории помимо Мадараса были Марк Стровинк, Аль Кларк, Том Трипп и Даниэль Уайтсон.
Директор Fermilab Майкл Витерелл заявил в своем заявлении, что эти результаты не заканчивают историю точных измерений массы верхнего кварка. «Два детектора коллайдера, D-Zero и CDF, записывают большие объемы данных в прогоне II Tevatron. Сотрудничество CDF недавно сообщило о предварительных новых измерениях максимальной массы на основе данных прогона II. Точность среднемирового показателя улучшится, когда их результаты будут окончательными. В течение следующих нескольких лет в обоих экспериментах будут проводиться все более точные измерения массы верхнего кварка ».
Fermilab, как и Berkeley Lab, финансируется Управлением науки Министерства энергетики. В ответ на письмо Nature от группы D-Zero Рэймонд Л. Орбах, директор Управления науки, сказал: «Эти важные результаты демонстрируют, как наши ученые применяют новые методы к существующим данным, производя новые оценки для массы бозон Хиггса. Мы с нетерпением ждем следующего раунда результатов от огромного количества данных, которые генерируются сегодня на Fermilab Tevatron.
Berkeley Lab - национальная лаборатория Министерства энергетики США, расположенная в Беркли, Калифорния. Он проводит несекретные научные исследования и управляется Калифорнийским университетом. Fermilab - национальная лаборатория, финансируемая Министерством науки Министерства энергетики США и управляемая Университетской исследовательской ассоциацией, Inc.
Первоначальный источник: пресс-релиз Berkeley Lab
