זוכרים כמה קשה היה למצוא בוזון היגס אחד? נסו למצוא שניים באותו מקום ובאותו זמן. התהליך המרתק הזה, הנקרא ייצור זוגות היגס, יכול לספק למדענים מידע על האינטראקציה העצמית של בוזון היגס.
זוכרים כמה קשה היה למצוא בוזון היגס אחד? נסו למצוא שניים באותו מקום ובאותו זמן. התהליך המרתק הזה, הנקרא ייצור זוגות היגס, יכול לספק למדענים מידע על האינטראקציה העצמית של בוזון היגס.
בזכות המחקר, פיזיקאים יכולים למדוד את חוזק הצימוד העצמי של בוזון היגס, שהוא היבט יסודי של המודל הסטנדרטי המחבר בין מנגנון היגס ליציבות היקום שלנו.
חיפוש אחר ייצור זוגות היגס הוא משימה מאתגרת במיוחד. זהו תהליך נדיר מאוד, כ-1,000 פעמים נדיר יותר מייצור בוזון היגס יחיד. במהלך כל מחזור 2 של מאיץ ההדרונים הגדול (LHC), צפויים להיות מיוצרים ב-ATLAS רק כמה אלפי אירועי זוג היגס, לעומת 40 מיליון ההתנגשויות שהתרחשו בכל שניה.
אז איך הפיזיקאים יכולים למצוא את המחטים הנדירות האלה בערמת המידע? דרך אחת להקל על החיפוש אחר ייצור זוגות היגס היא לחפש אותו במקומות מרובים. על-ידי התבוננות בדרכים השונות שבהן זוגות היגס יכולים להתפרק (מצבי התפרקות) ושילובם יחד, הפיזיקאים יכולים למקסם את סיכוייהם למצוא ולחקור את ייצור זוגות היגס.
חוקרים משיתוף הפעולה של ATLAS שחררו כעת את תוצאות החיפוש הרגישות ביותר עד כה לייצור זוגות היגס וצימוד עצמי, שהושג על-ידי שילוב חמישה מחקרי זוגות היגס של נתוני מחזור 2 של LHC. תוצאה חדשה זו היא החיפוש המקיף ביותר שלהם עד כה, המכסה מעל חצי מכלל אירועי זוגות היגס האפשריים ב-ATLAS. המחקר פורסם גם בשרת הפרסום המוקדם arXiv.
חמשת המחקרים שבמוקד המחקר הנוכחי התמקדו כל אחד במצבי התפרקות שונים, לכל אחד מהם יש יתרונות וחסרונות. לדוגמה, מצב ההתפרקות הסביר ביותר של זוגות היגס הוא לארבעה קווארקים תחתונים. עם זאת, תהליכי QCD של המודל הסטנדרטי נוטים גם ליצור ארבעה קווארקים תחתונים, מה שמקשה להבחין בין אירוע זוג היגס לתהליך הרקע הזה.
ההתפרקות של זוג היגס לשני קווארקים תחתונים ושני לפטוני טאוו כוללת זיהום רקע מתון, אך היא נדירה פי חמישה ויש לה נייטרינים שנמלטים ללא גילוי, מה שמסבך את יכולת הפיזיקאים לשחזר את ההתפרקות. ההתפרקות לריבוי לפטונים, בעוד שאינה נדירה מדי, יש לה סימנים מורכבים.
מצבי התפרקות אחרים של זוג היגס הם אף נדירים יותר, כמו ההתפרקות לשני קווארקים תחתונים ושני פוטונים. מצב סופי זה מהווה רק 0.3% מכלל ההתפרקויות של זוג היגס, אך יש לו סימן ברור יותר וזיהום רקע קטן יותר.
על ידי שילוב התוצאות מהחיפושים אחר כל אחד מהתפרקויות אלו, הצליחו החוקרים לגלות כי ההסתברות לייצור שני בוזוני היגס חורגת מהתחזית של המודל הסטנדרטי ביותר מפי 2.9. תוצאה זו מתקבלת ברמת ביטחון של 95%, עם רגישות צפויה של 2.4 (בהנחה שתהליך זה אינו קיים בטבע).
החוקרים הצליחו גם לספק מגבלות על חוזק הצימוד העצמי של בוזון היגס, והגיעו לרגישות הטובה ביותר עד כה על תצפית חשובה זו. הם מצאו שהגודל של קבוע הצימוד העצמי של היגס וחוזק האינטראקציה של שני בוזוני היגס ושני בוזוני וקטור תואמים את תחזיות המודל הסטנדרטי.
תוצאה משולבת זו קובעת אבן דרך בחקר ייצור זוגות היגס. כעת, חוקרי ATLAS כיוונו את מבטם לנתוני מחזור 3 המתמשך של LHC ולפעולת LHC עם עוצמה גבוהה (High-Luminosity LHC) הקרבה. עם נתונים אלו, הפיזיקאים עשויים סוף סוף להצליח לצפות בייצור זוגות בוזון היגס החמקמק.
עוד בנושא באתר הידען:
