В научной призрачной истории американский ускоритель ядерных частиц сделал важный научный вклад спустя 3.5 года после того, как он закрылся. Ученые сообщают, что коллайдер Tevatron в Батавии, Иллинойс, предоставил новую подробную информацию о природе знаменитого бозона Хиггса — частица, это является ключевым для объяснения физиков того, как другие элементарные частицы получают свою массу и часть в теории, названной стандартной моделью.
Новый результат поддерживает случай, что Хиггс, обнаруженный в различном ускорителе ядерных частиц, точно соответствует стандартным предсказаниям модели.“Это – очень интересная и важная газета, потому что это – различный механизм” для исследования свойств Хиггса, говорит Джон Эллис, теоретик в Королевском колледже в Лондоне и CERN, кто не был вовлечен в работу. “Это – лебединая песня” для Tevatron, говорит он.
Tevatron, кольцевой коллайдер 7 километров длиной в Ферми Национальная Лаборатория Акселератора (Fermilab) в Батавии, Иллинойс, бежали с 1983 до сентября 2011. Это видело намеки бозона Хиггса, но никогда фактически обнаружило частицу.
Та честь перешла к физикам, работающим в Большом коллайдере адрона (LHC), ускоритель ядерных частиц 27 километров длиной в CERN, европейской лаборатории физики элементарных частиц под Женевой, Швейцария. Они объявили о своем открытии в июле 2012.Как только физики в LHC обнаружили Хиггса, они прибили его массу: 125 giga-электрон-вольт, или примерно 133 раза масса протона.
Но частица имеет другие типичные свойства, также. Как все элементарные частицы, у Хиггса есть фиксированная и квантовавшая сумма углового момента или вращения.
Это также имеет собственность симметрии, названной паритетом, который может быть или даже или странный и влияющим, например, на способ, которым Хиггс может распасться в другие частицы. Согласно стандартной модели, у Хиггса должны быть нулевое вращение и положительный паритет. Однако возможно, что наблюдаемая частица могла иметь нулевое вращение и отрицательный паритет или две единицы вращения и положительный паритет. Много физиков были бы взволнованы, если бы у Хиггса был такой экзотический «паритет вращения», поскольку он указал бы на новые явления, не предсказанные стандартной моделью.
Фактически, экспериментаторы, работающие с двумя самыми большими детекторами частиц, питаемыми LHC — крупные устройства под названием АТЛАС и CMS — уже показали с высокой уверенностью, что бозон Хиггса имеет нулевое вращение и даже паритет. Чтобы сделать это, они изучили порчу Хиггса в знакомые частицы, такие как пара фотонов или пара крупных частиц по имени бозоны Z. От угловых распределений тех появляющихся частиц дочери физики смогли определить вращение и паритет родителя Хиггса.Исследователи, работающие с данными Tevatron, выбрали другой подход.
Вместо того, чтобы изучить порчу Higgses, они искали признаки Хиггса, произведенного в тандеме с бозоном Z или бозоном W, частицы, передающие слабую ядерную силу, как они объясняют в газете в прессе в Physical Review Letters. (Хиггс, как предполагалось, распадался в пару частиц, известных как нижний кварк и антинижний кварк.) От энергий и импульсов Хиггса и его партнера, исследователи тогда вычислили количество, названное инвариантной массой для пары. Был Хиггс и партнер, родившийся от порчи частицы родителя-одиночки, это количество будет массой того родителя. В действительности Хиггс и ее партнер появились бы непосредственно из хаоса столкновения частицы, таким образом, родительская частица является чисто гипотетической.
Тем не менее, путем вычисления массы той гипотетической родительской частицы, исследователи смогли проверить на различные комбинации вращения и паритета по доверенности. Если бы у Хиггса был «экзотический» паритет вращения, а не стандартные характеристики модели, то наблюдаемая инвариантная масса была бы выше. Таким образом, исследователи, работающие с этими двумя детекторами частиц, питаемыми Tevatron — CDF и D0 — искали такие высоко-инвариантные массовые пары. Не находя ни один, они исключили еще более строго экзотические версии Хиггса.
Таким образом даже при том, что физики Tevatron никогда окончательно наблюдали бозон Хиггса, они смогли поместить пределы на его свойства.Технически, новые пределы Tevatron немного более сильны, чем пределы, установленные экспериментами LHC, говорит Дмитрий Денисов, физик в Fermilab, работающий над D0.
Но Эллис CERN говорит, что АТЛАС и CMS уже по существу уладили вопрос.Фактически, исследователи Tevatron пропустили возможность выкопать их коллег LHC на вращении и паритете Хиггса, говорит Эллис.
Только спустя недели после того, как исследователи в LHC обнаружили Хиггса, Эллис и коллеги объяснили в газете, как бригады Tevatron могли бы применить инвариантно-массовый метод к своим заархивированным данным для взятия «кратчайшего пути» к испытанию вращения и паритета Хиггса. По техническим причинам метод был бы более чувствительным на данных Tevatron, чем на данных LHC, они объяснили, потому что Tevatron столкнулся протоны и антипротоны, тогда как LHC столкнулся протоны и протоны.
Но в конце, анализ Tevatron, продолжаемый медленно, как CDF и члены команды D0, оставленные работать над LHC. “Этот результат имеет своего рода ‘нас также’ характер вместо того, чтобы быть первым, как мы надеялись”, говорит Эллис.Денисов соглашается, что отсутствие людей препятствовало прогрессу. Он отмечает, что всю эту мысль, возможно, попробовали даже, прежде чем Хиггс был найден: “Если [Эллис] приехал к нам за год до того, как мы, возможно, были в состоянии определить вращение и паритет Хиггса даже, прежде чем это было обнаружено”.
Поскольку Хиггс учится в Tevatron, “это – в основном он”, говорит Денисов. Тем временем физики, работающие в LHC, стремятся исследовать другие свойства Хиггса с более высокой точностью.
В частности они надеются измериться к в нескольких процентных пунктах, как быстро порча Хиггса в различные комбинации более – знакомые частицы и сравнивает это со стандартными предсказаниями модели. Исследователи говорят, что работа должна занять приблизительно 15 лет.