Κ. Παπαγεωργίου: Πειράματα ATLAS για μποζόνιο Higgs

«Έξι περίπου χρόνια μετά την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs (4 Ιουλίου 2012) στο CERN,
γεγονός που συνεισέφερε σημαντικά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συγκροτείται η ύλη και του μηχανισμού με τον οποίο αποκτούν μάζα τα στοιχειώδη σωματίδια μέσω της αλληλεπίδρασής τους με το πεδίο Higgs, μια κβαντική διακύμανση του οποίου γεννά το μποζόνιο Higgs, τα πειράματα ATLAS και CMS παρουσιάζοντας τα αποτελέσματα της συνδυασμένης ανάλυσης των δεδομένων που καταγράφηκαν στους ανιχνευτές από τις συγκρούσεις δεσμών πρωτονίων με ενέργειες κέντρου μάζας 7,8 και 13 ΤeV κατά την διάρκεια των ετών 2015-2017, επιβεβαίωσαν για πρώτη φορά πειραματικά και με μεγάλη στατιστική σημαντικότητα,την ταυτόχρονη παραγωγή του μποζονίου Higgs και ενός ζεύγους από topκουάρκς», τονίζει ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Αιγαίου Κώστας Παπαγεωργίου.



Η πειραματική επιβεβαίωση της υπογραφής αυτής της σπάνιας διαδικασίας παραγωγής του μποζονίου Higgs, αποτελεί ένα σημαντικό ορόσημο στην Φυσική των Υψηλών Ενεργειών και συνιστά έναν από τους πιο ευαίσθητους ελέγχους του μηχανισμού Higgs, καθώς επιτρέπει την απευθείας μέτρηση της ισχύος της αλληλεπίδρασης του μποζονίου Higgs με το βαρύτερο γνωστό στοιχειώδες σωματίδιο, το topκουάρκ.Αυτό το αποτέλεσμα, αποτελεί ένα σημαντικό βήμα στην κατανόηση των ιδιοτήτων του μποζονίου Higgs, καθώς μας δίνει μια ισχυρή ένδειξη ότι το μποζόνιο Higgs παίζει ένα ρόλο “κλειδί’’ για την μεγάλη τιμή της μάζας του topκουάρκ. Επιπρόσθετα, νέα σωματίδια που δεν έχουν ακόμα ανακαλυφθεί μπορούν να συνεισφέρουν σε αυτό τον τύπο παραγωγής μεταβάλλοντας το αποτέλεσμα. Αυτός είναι και ο λόγος που το μποζόνιο Higgs θεωρείται ως η πύλη για την ανακάλυψη νέας φυσικής.
Παρά το γεγονός ότι τα πειράματα ATLAS και CMS του μεγάλου αδρονικού επιταχυντή LHC (Large Hadron Collider) στο CERN, έχουν μετρήσει τον λόγο διάσπασης του μποζονίου Higgs σε ζεύγη από μποζόνια W και Z, φωτόνια ή λεπτόνια, η σύζευξη του μποζονίου Higgsμε τα topκουάρκς, δεν είχε ακόμα παρατηρηθεί άμεσα. Εξαιτίας της σπανιότητας αυτής της αλληλεπίδρασης, όπου μόλις το 1% από όλα τα μποζόνια Higgsπαράγονται σε συνδυασμό με ένα ζεύγος από top κουάρκς, η παρατήρηση της πειραματικής υπογραφής αυτού του καναλιού διάσπασης καθίσταται εξαιρετικά δύσκολη.
Προηγούμενες έρευνες του πειράματος ATLAS,χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του 2015 και 2016,έδωσαν κάποιες πρώτες ενδείξεις για την παραγωγή του Higgsμέσω του καναλιού ttH. Τα αποτελέσματα αυτά στην συνέχεια επικαιροποιήθηκαν, προσθέτοντας και τα πειραματικά δεδομένα του 2017. Αυτή η αύξηση της στατιστικής του δείγματος σε συνδυασμό με τους βελτιωμένους αλγορίθμους ανακατασκευής και τις νέες τεχνικές ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκαν υιοθετώντας τεχνικές εκμάθησης μηχανής (machinelearningtechniques) για την επιλογή γεγονότων συμβατών με την κινηματική της αλληλεπίδρασης ttH, αύξησαν την ευαισθησία των μετρήσεων.
Το θετικό αποτέλεσμα αυτής της τόσο απαιτητικής έρευνας αποτελεί το επιστέγασμα συντονισμένων προσπαθειών από πολλές ομάδες ανάλυσης. Σημαντική συμβολή στην ανάλυση αυτή ως προς την μέτρηση των υποβάθρων και την βελτίωση των τεχνικών ανάλυσης, έχουν μέλη των πειραματικών ομάδων φυσικής υψηλών ενεργειών του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου μαζί με τα μέλη της ομάδας του Πανεπιστημίου Αιγαίου με τα οποία συνεργάζονται στο πείραμα ATLAS.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα τυπικό γεγονός όπως καταγράφηκε στο ανιχνευτή ATLAS. Ένα μποζόνιο Higgsτο οποίο διασπάται σε δύο φωτόνια (πράσινοι πύργοι) και παράγεται σε συνδυασμό με ένα ζεύγος topκουάρκ (έξη κίτρινοι πίδακες σωματιδίων).

Ρεπορτάζ: Θοδωρής Πυλιώτης  ERT