سرن امروز اعلام کرد: عاقبت، واپاشی بوزون هیگز به کوارک ته مشاهده شد

عاقبت شش سال پس از کشف پر سروصدای بوزون هیگز، امروز سرن از مشاهده واپاشی بوزون هیگز به کوارک های ته خبر داد، یافته‌ای که دانشمندان مدت‌ها بود انتظارش را می‌کشیدند. این یافته‌ مهم که امروز در سرن و توسط دانشمندان پروژ‌ه‌های ATLAS و CMS در LHC گزارش شد، با فرضیه‌ای که می‌گوید میدان کوانتومی بوزون هیگز باعث جرم دار شدن کوارک ته می‌شوذ، سازگار است. نتایج این یافته‌ی مهم در آرشیو قرار گرفته و برای انتشار نیز به مجله PRL ارسال شده است. با دیپ لوک همراه باشید…

مدل استاندارد فیزیک ذرات پیش‌بینی می‌کند حدود ۶۰ درصد مواقع، بوزون هیگز به یک جفت کوارک ته (یعنی دومین ذره‌ی سنگین از شش مزه کوارک‌ها) واپاشی خواهد کرد. آزمودن این پیش‌بینی، حیاتی بود، زیرا این نتیجه، یا مدل استاندارد (که می‌گوید میدان هیگز به کوارک‌ها و سایر ذرات بنیادی، جرم اعطا می‌کند) را تایید خواهد کرد یا پایه‌های آن را درهم خواهد شکست و به سوی فیزیک جدید خواهد رفت.

اثبات واپاشی بوزون هیگز به کوارک ته (bottom quark)، کار بسیار دشواری است و این امر به وضوح از شش سال تلاشی که از زمان کشف این ذره، صرف شده،‌ مشهود است. دلیل این دشواری، آن است که راه‌های زیاد دیگری برای تولید کوارک‌های ته در برخوردهای پروتون-پروتون وجود دارد. این امر، جداسازی سیگنال واپاشی بوزون هیگز را از نویز پس‌زمینه‌ای که همراه همیشگی چنین فرآیندهایی است دشوار می‌کند. در مقابل، واپاشی‌‌های بوزون هیگز که کمتر متداولند در همان زمان کشف این ذره، مشاهده شدند، مانند واپاشی به جفت فوتون‌ها، که بسیار هم راحت‌تر، از نویز پس‌زمینه استخراج می‌شوند.

برای استخراج این سیگنال، هر یک از مجموعه‌های ATLAS و CMS، داده‌های اولین و دومین راه‌اندازی LHC را که برخوردهایی در انرژی‌های ۷، ۸ و ۱۳ تراالکترون ولت بود، ترکیب کردند. آنها سپس روش‌های تحلیلی پیچیده‌‌ای را به این داده‌ها اعمال کردند. هم ATLAS و هم CMS، توانستند واپاشی بوزون هیگز به یک جفت کوارک ته با اهمیت فراتر از ۵ سیگما را ثابت کنند. به علاوه، هر دو گروه، سرعت واپاشی را اندازه‌گیری کردند که با مدل استاندارد، سازگار است. کارل جاکوبز، سخنگوی ATLAS می‌گوید:

این مشاهده، پیشرفت بسیار مهمی در کشف بوزون هیگز است. این یافته نشان می‌دهد که آزمایش‌های ATLAS و CMS به درک عمیقی ار داده‌ها و کنترل پس‌زمینه‌ها رسیده‌اند. اکنون ATLAS تمام جفت‌شدگی‌های بوزون هیگز را به کوارک‌های سنگین و لپتون‌های نسل سوم مشاهده کرده‌ است.

جول باتلر، سخنگوی CMS‌ نیز می‌گوید:

از یک سال پیش و نخستین مشاهده‌ی واپاشی بوزون هیگز به لپتون‌های تاو، CMS با همراهی ATLAS، جفت‌شدگی بوزون هیگز را به سنگین‌ترین فرمیون‌ها مشاهده کرده است: تاو، کوارک سر و حالا کوارک ته. عملکرد LHC و تکنیک‌های مدرن یادگیری ماشین به ما اجازه داد تا به این نتیجه،‌ حتی زودتر از زمان موردانتظار برسیم.

دانشمندان با داده‌های بیشتر، دقت این آزمایش‌ و اندازه‌گیری‌های دیگر را بهبود خواهند بخشید و واپاشی بوزون هیگز به یک جفت فرمیون بسیار سبک‌تر، یعنی میون‌ ها را کاوش خواهند کرد. میون ها همیشه برای کاوش انحراف در داده‌ها که می‌توانند فراسوی مدل استاندارد فیزیک بروند، مشاهده می‌شوند. اکهارد السن، مدیر بخش پژوهش و محاسبات سرن می‌گوید:

این آزمایش‌ها روی بوزون هیگز ادامه خواهد یافت که اغلب به عنوان فیزیک جدید درنظر گرفته می‌شود. از طرفی، این دستاوردهای زیبا، برنامه‌ریزی ما را برای ارتقای LHC مهم‌تر می‌کند. اکنون می‌دانیم که روش‌های تجزیه تحلیل ما، به دقت لازم برای کاوش منظره‌ی کاملی از فیزیک رسیده‌اند، به ویژه فیزیک جدیدی که به طور زیرکانه‌ای خود را از ما پنهان کرده است!