Ο επιταχυντής Tevatron στο κυνήγι του Higgs!

Ο επιταχυντής Tevatron μπορεί τώρα να είναι ανενεργός, αλλά ακόμα και τώρα βοηθάει στην απόσπαση πληροφοριών σχετικά με τη φύση της ύλης ​​από τον τάφο του. Τα δύο τελευταία κύρια πειράματα του CDF και DZero, έχουν δώσει στους φυσικούς την πιο ακριβή μέτρηση που έγινε ποτέ της μάζας του μποζονίου W, ένα από τα θεμελιώδη σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής.

Στην εποχή του, ο κυκλικός επιταχυντής Tevatron στο Fermilab παρήγαγε περίπου 10 εκατομμύρια συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων ανά δευτερόλεπτο – περίπου 200 συγκρούσεις ανά δευτερόλεπτο καταγράφονταν σε κάθε ανιχνευτή για περαιτέρω ανάλυση.

Οι νέες μετρήσεις, σε συνδυασμό με τα παλαιότερα στοιχεία από άλλους ανιχνευτές, τοποθετούν τη μάζα του μποζονίου W στα 80,385 GeV, συν ή πλην 0,015 GeV. Η μέτρηση αυτή εν συνεχεία βάζει περιορισμούς σχετικά με τη...
μάζα του μποζονίου Higgs – το δυσεύρετο κομμάτι που λείπει για να ολοκληρωθεί το Καθιερωμένο Μοντέλο και να εξηγήσει γιατί όλα τα άλλα σωματίδια έχουν μάζα – τοποθετώντας την ακριβώς εκεί που την θέλουν οι πειραματιστές.

Το Καθιερωμένο Μοντέλο – η καλύτερη εικόνα που έχουμε για τα σωματίδια και τις δυνάμεις που συνθέτουν το σύμπαν, εξηγώντας πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αλλά δεν μπορεί να προβλέψει ακριβώς πόση μάζα έχει το κάθε ένα από αυτά τα σωματίδια. Μπορεί να περιγράψει μόνο το πώς συνδέονται μεταξύ τους οι μάζες τους.

Το παιχνίδι των προβλέψεων

Ο Tevatron, το οποίος στεγαζόταν στο Fermilab στο Ιλλινόις, και απενεργοποιήθηκε το Σεπτέμβριο του 2011, και ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο CERN, έχουν κυνηγήσει άμεσα το μποζόνιο Higgs. Τον περασμένο Δεκέμβριο, οι φυσικοί στον LHC ανακοίνωσαν – δίνοντας ελπίδες – ότι το μποζόνιο είχε τελικά εμφανιστεί με μια μάζα περίπου 125 GeV.

Αλλά χάρη στις σχέσεις μεταξύ των μαζών, όπως λέει το καθιερωμένο μοντέλο, οι φυσικοί μπορούν επίσης να προβλέψουν και τη μάζα Higgs, με βάση τις μάζες των άλλων σωματιδίων, όπως το μποζόνιο W και το top κουάρκ.

"Η μάζα του μποζονίου W συσχετίζεται με τη μάζα του top κουάρκ, τα οποία εμείς εδώ στο Fermilab μπορούμε να μετρήσουμε με μεγάλη ακρίβεια”, λέει ο Dmitri Denisov, εκπρόσωπος για το πείραμα DZero. Και αν το Higgs υπάρχει, η μάζα του μποζονίου W συνδέεται επίσης στενά και με τη μάζα Higgs.

Πριν από τα τελευταία αποτελέσματα, DZero και CDF – τα οποία χρησιμοποιούν διαφορετικές και ανεξάρτητες τεχνικές για να κάνουν παρόμοιες μετρήσεις των σωματιδίων – είχαν τοποθετήσει τη μάζα του μποζονίου W στα 80,4 GeV συν ή πλην περίπου 0.045 GeV. Ήταν η πιο ακριβή μέτρηση της μάζας του μποζονίου W εκείνη την εποχή, αλλά δεν ήταν ακόμη αρκετά καλή, λέει ο Denisov. Σε συνδυασμό με το top κουάρκ, η προηγούμενη μέτρηση του μποζονίου W έδειξε ότι το μποζόνιο Higgs ζύγιζε περίπου 90 GeV, μια μάζα που είχε ήδη ερευνηθεί και αποκλείστηκε από τα προηγούμενα πειράματα.

Η μέτρηση αυτή άνοιγε έτσι την πόρτα σε μια ενδεχόμενη φυσική πέρα ​​από το καθιερωμένο μοντέλο. Όμως τώρα, οπλισμένοι με το ήμισυ περίπου των δεδομένων που παρήγαγε το Tevatron κατά τη διάρκεια της 28-χρονης ζωής του, το καθιερωμένο μοντέλο φαίνεται και πάλι σωστό.

“Πριν από αυτή τη μέτρηση, νομίζαμε πως ίσως δεν είναι σωστό το στάνταρτ μοντέλο," συνεχίζει ο Denisov. "Αλλά τώρα είναι όλα σωστά τοποθετημένα μαζί." Θυμάται ένα σχόλιο όταν η ομάδα είδε τα τελευταία αποτελέσματα τους: "Ας πιούμε στο Καθιερωμένο Μοντέλο, αυτό κερδίζει!"

Έτσι, το αποτέλεσμα για το μποζόνιο W είναι σύμφωνο με ένα μποζόνιο μάζας μεταξύ 115 και 127 GeV, η οποία ταιριάζει με τις προβλέψεις του στάνταρτ μοντέλου, και με τα δειλά ευρήματα του CERN. Όμως επιτρέπει στο μποζόνιο Higgs να έχει μια μάζα ακόμα και 152 GeV, που θα απαιτήσει κάποια επιπλέον σωματίδια ή άλλες αποκλίσεις από το καθιερωμένο μοντέλο.

Ο Denisov διευκρινίζει ότι οι ερευνητικές ομάδες του Fermilab έχουν ακόμη το ήμισυ των δεδομένων του Tevatron να ‘χτενίσουν’, οπότε η ακρίβεια τους θα βελτιωθεί.

Σε συνεργασία με τον LHC αναμένουμε να έχουμε αρκετά δεδομένα για να αποφανθούν οι φυσικοί για να δεχτούν ή να αποκλείσουν το μποζόνιο Higgs μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους.

"Στους επόμενους 6 έως 12 μήνες το πολύ, θα διευκρινιστεί η υπόθεση του Higgs," συμπληρώνει ο Denisov. "Αλλά αν το Higgs βρεθεί εδώ, τότε θα κάνω πρόποση για δεύτερη φορά. Γιατί τότε όλα θα ταιριάζουν πραγματικά. "

Πηγή: New Scientist
(από physics4u)