Razotkrivena veza Higsovog bozona sa top kvarkom

Novi rezultati ATLAS I CMS eksperimenta na akceleratoru u CERN razotkrivaju kako Higsov bozon intereaguje sa najmasivnijom poznatom elementarnom česticom, top kvarkom, što proširuje naše razumevanje Higsa i postavlja smernice za novu fiziku

Higsov bozon, čestica čije je postojanje dokazano pre pet godina u CERN-ovim eksperimentima, po prirodi stvari intereaguje samo sa česticama koje imaju masu, ali je otkriveno i nešto naizgled čudno – Higs se ponekad raspadne i na dva fotona, čestice bez mase. Kvantna mehanika naime dozovoljava sledeću situaciju – Higs se u vrlo kratkom vremenskom intervalu pretvara u takozvani top kvark i top antikvark (top je jedna od šest vrsta kvarkova koji postoje, sa ubedljivo najvećom masom). Odmah potom ovaj par, kvark i antikvark, anihiliraju jedan drugog iz čega nastane par fotona.

Verovatnoća ovog procesa zavisi od jačine interakcije između Higsovog bozona i top kvarka koja se u fizici inače naziva sprezanje (coupling). Merenje takve verovatnoće omogućuje da se indirektno izvede vrednost Higs-top sprezanja. Sa druge strane, neke teške do sada neotkrivene čestice, kako se to kaže – čestice nove fizike, mogle bi potencijalno da učestvuju u ovakvom procesu i da utiču na rezultate, pa da na taj način budu i otkrivene. Zato se Higsov bozon i smatra prozorom u novu fiziku.

Mnogo direktniju manifestaciju Higs-top sprezanja predstavlja vrlo redak proces gde top-antitop par emituje Higs bozon. Rezultati koji su predstavljeni prošle nedelje na izuzetno uticajnoj LHCP konferenciji, ove godine održanoj u Bolonji, opisiju ovaj proces takozvane „ttH produkcije“.

Do ovih rezultata prvo je došla jedna od CERN-ovih velikih međunarodnih istraživačkih grupa, poznata kao CMS kolaboracija, koja je učestvovala u otkriću Higs bozona na osnovu podataka iz sudara na Velikom sudaraču hadrona (LHC). Kolaboracija CMS je prošle nedelje u prestižnom časopisu Physical Review Letters objavila rezultate sa statističkom sigurnošću od čak pet standardnih devijacija (što se smatra jako dobrom statistikom).

Istovremeno, druga kolaboracija koja takođe koristi podatke sa CERN akceleratora poznata kao ATLAS potvrdila je ovaj rezultat i to sa još većim nivoom poverenja i predala rad na objavljivanje. Rezultati obe kolaboracije su konzistentni i predstavljaju veliki korak napred u razumevanju osobina Higs bozona.

„Ova merenja do kojih su došle kolaboracije CMS i ATLAS predstavljaju snažan nagoveštaj da Higsov bozon igra ključnu ulogu u velikoj vrednosti mase top kvarka. I dok je ovo sigurno jedno važno svojstvo Standardnog modela, sada je prvi put i eksperimentalno potvrđeno sa tako visokom statističkom sigurnošću“, rekao je Karl Jakobs, portparol ATLAS kolaboracije.

„Timovi za analizu podataka u CMS kolaboraciji, kao i njihove kolege iz ATLAS-a, upotrebili su nove pristupe i napredne tehnike analize da bi stigli do ove prekretnice. Kad ATLAS i CMS završe prikupljanje podataka u novembru 2018, imaćemo dovoljno događaja da još detaljnije ispitamo predikcije Standardnog modela za ttH, da vidimo ima li nagoveštaja nečeg novog“, izjavio je Džoel Batler, portparol CMS-a.

Video prilog o CERN otkriću, sa postavljenim prevodom titlova na srpski jezik

Istraživanje ovog procesa predstavlja izazov jer je izuzetno redak: samo 1% Higsovih bozona nastaje iz sprezanja sa top kvarkom, a povrh toga, Higs i top kvarkovi se raspadaju na druge čestice na mnogo složenih načina. Koristeći podatke iz sudara protona na akceleratoru na energijama od 7, 8 i 13 TeV, timovi ATLAS i CMS kolaboracije su sproveli više nezavisnih potraga za ttH produkcijom, istražujući razne kanale raspada. Kako bi se maksimalno povećala osetljivost traženog signala, oba eksperimenta su kombinovala rezultate iz svih ovih potraga.

(Izvor: IPB, CERN)