اكتشف الفيزيائيون العلامات الأولى لانحلال بوسون هيغز النادرة: ScienceAlert

حقق البحث الدقيق عن التحول النادر للغاية لبوزون هيغز نتائج ، حيث قدم أول دليل على عملية يمكن أن تلمح إلى جسيمات غير معروفة.

من خلال التوفيق بين نتائج عدة سنوات من تحطم البروتونات داخل كاشفين مختلفين في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) التابع للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ، صدم الفيزيائيون الدقة الإحصائية لمعدل “ العطاء الجماعي ” الشهير الجسيم يتحلل إلى فوتون و Z بوزون.

النتائج ، المشتركة في مؤتمر الفيزياء LHC في بلغراد الأسبوع الماضي ، أقل بكثير مما قد يكون تعتبر كبيرة. ولكن يمكن تحسين العملية نفسها للتركيز على فقاعة وصفات الكم ، والمساعدة في تحديد مكان وجود قوى ولبنات بناء جديدة غريبة.

أصبح جسيم هيغز محبوبًا في عالم الفيزياء في عام 2012 عندما تم تأكيد دليل وجوده بواسطة أطلس (أو “جهاز LHC الحلقي”) و CMS (Compact Muon Solenoid) كاشفات في CERN.

لم يكن فقط الإدخال الأخير في تلك الخريطة الكبرى للجسيمات – النموذج القياسي – ليتم تأكيده تجريبيًا ؛ وعدت ملاحظتها بأن تكون نافذة على الأجزاء المخفية من عالم الكم.

بالنسبة للجزء الأكبر ، فإن معرفة أن جسيم هيغز والمجال المرتبط به موجودان يعني أننا نفهم الآن سبب امتلاك الجسيمات الأساسية كتلة.

نظرًا لأن الطاقة والكتلة طريقتان مختلفتان لوصف نفس النوع من الأشياء ، فإن الجهد المبذول لتجميع الأجسام الكبيرة والمكتنزة معًا (مثل الذرات والجزيئات والفيلة) يساهم بنسبة كبيرة من كتلة الجسم.

على نطاق أصغر ، فإن الجهد الذي يتطلبه الأمر من أجل المزيد من الأجسام الأساسية مثل الإلكترونات أو الكواركات للتجول في حقل هيغز يفسر سبب امتلاكها لكتلة سكونية ، ولماذا لا تمتلك الجسيمات مثل الفوتونات.

ومع ذلك ، فإن الطبيعة الاجتماعية للحقل والرغوة الفوارة لبوزوناته تجعله مرشحًا مثاليًا للبحث عن علامات الحقول الكمومية الافتراضية والجسيمات ذات الصلة التي لا تجعل نفسها معروفة عادةً من خلال وسائل أكثر وضوحًا.

“كل جسيم له علاقة خاصة مع بوزون هيغز ، مما يجعل البحث عن هيجز النادرة يتحلل أولوية قصوى ،” يقول منسقة الفيزياء لتجربة أطلس CERN ، باميلا فيراري.

إن تحلل الجسيمات يشبه موت الحمام وسط ناطحات السحاب – يحدث ذلك طوال الوقت ، غالبًا بطرق متنوعة ، لكنك ستكون محظوظًا لالتقاط أكثر من عدد قليل من الريش المنجرف كدليل على وفاته.

لحسن الحظ ، من خلال الاحتفاظ بعدد كل “ الريش ” في غبار المصادم ، يمكن للفيزيائيين تكوين صورة للطرق المختلفة التي تتفكك بها الجسيمات وتعاود الظهور بشكل عابر في أشياء جديدة.

بعض هذه الانحرافات شائعة نسبيًا ، ولكن بالنسبة لجسيم هيغز ، فإن التحولات إلى فوتون والقوة النووية الضعيفة قصيرة المدى التي تحمل بوزون Z هي حدث واحد في الألف تقريبًا. أو ، كما هو متوقع في الكتب المدرسية ، حوالي 0.15٪ من كل هيجز يضمحل.

لكن هذا ما يفرضه النموذج القياسي علينا أن نتوقعه. على الرغم من ثاقبة هذه النظرية العظيمة بشكل مثير للدهشة ، فإننا نعلم أنها يجب أن تفشل في مرحلة ما ، نظرًا لعدم وجود الكثير لتقوله عن الطاقة المظلمة الممتدة للفضاء أو تزييف المكان والزمان بطريقة تشبه الجاذبية.

يمكن استخدام أي اختلافات عن هذا الرقم لدعم النماذج البديلة التي قد تترك مساحة كافية لتناسب الحقائق المزعجة.

إن معرفة كيفية الشروع في تحسين أفضل نموذج للفيزياء لدينا يعني العثور على مجموعة من الحالات الشاذة التي لا يمكن تفسيرها حاليًا. مثل الحقول والجسيمات الغريبة التي تقوم بأفعال خفية ونادرة لن نلاحظها في العادة.

“إن وجود جسيمات جديدة يمكن أن يكون له تأثيرات كبيرة جدًا على أنماط اضمحلال هيجز النادرة ،” يقول Florencia Canelli ، منسق الفيزياء في كاشف CERN الآخر ، CMS.

في الوقت الحالي ، هذه الجسيمات أحادية القرن المراوغة أسطورية أكثر من أي وقت مضى. النتائج حتى الآن تقع تقريبًا في نطاق ما يتوقعه النموذج القياسي.

ومع ذلك ، لا يوجد سوى بيانات كافية لجعل الفيزيائيين واثقين بدرجة متوسطة من صحة النتائج. يمكن للتجارب الأكبر ، ربما باستخدام تقنية أفضل ، أن تكشف عن اختلافات صغيرة تخفي نافذة كبيرة في مجموعة جديدة كاملة من النظريات.

“هذه الدراسة هي اختبار قوي للنموذج القياسي ،” يقول كانيلي.

“مع التشغيل الثالث المستمر للمصادم LHC والمستقبل LHC عالي اللمعان، سنكون قادرين على تحسين دقة هذا الاختبار وسبر أغوار هيجز النادرة. “