Έξι χρόνια µετά την ανακάλυψή του, το µποζόνιο Higgs επιτέλους παρατηρήθηκε να
διασπάται σε θεµελιώδη σωµατίδια, το γνωστό ως χαµηλό κουάρκ (bottom quark). Το
εύρηµα, που παρουσιάστηκε σήµερα στο CERN από τα πειράµατα ATLAS και 1
CMS στο Large Hadron Collider (LHC), συνάδει µε την υπόθεση ότι το κβαντικό 2
πεδίο που βρίσκεται πίσω από το µποζόνιο Higgs και το οποίο διαποτίζει τα πάντα,
δίνει επίσης µάζα στο χαµηλό κουάρκ. Οι ερευνητικές οµάδες και των δύο
πειραµάτων υπέβαλαν σήµερα τα αποτελέσµατά τους προς δηµοσίευση.
Το Καθιερωµένο Πρότυπο φυσικής στοιχειωδών σωµατιδίων προβλέπει ότι περίπου 3
το 60% του χρόνου ένα µποζόνιο Higgs θα διασπασθεί σε ένα ζεύγος χαµηλών
κουάρκς, το δεύτερο βαρύτερο από τις έξι γεύσεις κουάρκ. Η πειραµατική
επιβεβαίωση αυτής της πρόβλεψης είναι κρίσιµης σηµασίας γιατί το αποτέλεσµα είτε
θα ενισχύσει το Καθιερωµένο Πρότυπο – το οποίο βασίζεται στην ιδέα ότι το πεδίο
Higgs παρέχει µάζα σε κουάρκς και άλλα θεµελιώδη σωµατίδια – είτε θα κλονίσει τα
θεµέλιά του υποδεικνύοντας νέα φυσική.
Η ανίχνευση αυτού του κοινού δίαυλου διάσπασης του µποζονίου Higgs δεν είναι
καθόλου εύκολη, όπως αποδεικνύει η εξαετής περίοδος που ακολούθησε την
ανακάλυψη του µποζονίου . Αυτό οφείλεται στο ότι υπάρχουν πολλοί άλλοι τρόποι 4
παραγωγής χαµηλών κουάρκς σε συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων. Έτσι
καθίσταται δύσκολο να αποµονώσει κανείς το σήµα διάσπασης του µποζονίου Higgs
από τον “θόρυβο” υποβάθρου που σχετίζεται µε τέτοιες διεργασίες. Αντίθετα, οι
λιγότερο συνηθισµένοι δίαυλοι διάσπασης του µποζονίου Higgs που παρατηρήθηκαν
τη στιγµή της ανακάλυψης του σωµατιδίου, όπως η διάσπαση σε ζεύγος φωτονίων,
είναι πολύ ευκολότερο να διαχωριστούν από το υπόβαθρο.
Για την εξαγωγή του σήµατος, τα πειράµατα ATLAS και CMS το καθένα συνδύασε
δεδοµένα από την πρώτη και δεύτερη περίοδο λειτουργίας του LHC, κατά τις οποίες
επιτεύχθηκαν συγκρούσεις σε ενέργειες 7, 8 και 13 TeV (τρισεκατοµµύρια
ηλεκτρονιοβόλτ). Στη συνέχεια, εφάρµοσαν σύνθετες µεθόδους ανάλυσης των
δεδοµένων. Η έκβαση, τόσο για το ATLAS όσο και για το CMS, ήταν η ανίχνευση της
διάσπασης του µποζονίου Higgs σε ζεύγος χαµηλών κουάρκς µε στατιστική
σηµαντικότητα (significance) που υπερβαίνει τις 5 τυπικές αποκλίσεις (standard
deviations). Επιπλέον, και οι δύο οµάδες µέτρησαν έναν ρυθµό διάσπασης που
συνάδει µε την πρόβλεψη του Καθιερωµένου Προτύπου, στα πλαίσια της τρέχουσας
ακρίβειας της µέτρησης.
“Αυτή η παρατήρηση αποτελεί ορόσηµο στην εξερεύνηση του µποζονίου Higgs.
Δείχνει ότι τα πειράµατα ATLAS και CMS έχουν καταφέρει να κατανοήσουν βαθιά τα
δεδοµένα τους και να ελέγξουν το υπόβαθρο µε τρόπο που ξεπερνά τις προσδοκίες.
Το πείραµα ATLAS έχει παρατηρήσει τώρα όλες τις συζεύξεις του µποζονίου Higgs µε
τα βαριά κουάρκ και τα λεπτόνια τρίτης γενιάς, καθώς και όλους τους βασικούς
τρόπους παραγωγής», δήλωσε ο Karl Jakobs, εκπρόσωπος του πειράµατος ATLAS.
“Από την πρώτη παρατήρηση της διάσπασης του µποζονίου Higgs σε λεπτόνια ταυ
που έγινε από ένα πείραµα πριν ένα χρόνο, το CMS, µαζί µε τους συναδέλφους µας
στο ATLAS, έχει παρατηρήσει τη σύζευξη του µποζονίου Higgs µε τα βαρύτερα
φερµιόνια: το ταυ, το υψηλό κουάρκ και τώρα το χαµηλό κουάρκ. Η εκπληκτική
απόδοση του LHC και οι σύγχρονες τεχνικές µηχανικής εκµάθησης (machine
learning) µας επέτρεψαν να επιτύχουµε αυτό το αποτέλεσµα νωρίτερα από το
αναµενόµενο “, δήλωσε ο Joel Butler, εκπρόσωπος του πειράµατος CMS.
Με περισσότερα δεδοµένα, τα πειράµατα θα βελτιώσουν την ακρίβεια αυτών και
άλλων µετρήσεων και θα διερευνήσουν την διασπαση του µποζόνου Higgs σε ζεύγος
φερµιονίων πολύ µικρότερης µάζας που ονοµάζονται µιόνια, παρακολουθώντας
πάντα για αποκλίσεις στα δεδοµένα που θα µπορούσαν να υποδείξουν φυσική
πέραν του Καθιερωµένου Προτύπου.
“Τα πειράµατα συνεχίζουν να πλησιάζουν το σωµατίδιο Higgs, το οποίο θεωρείται
συχνά η πύλη προς µια νέα φυσική. Αυτά τα εξαιρετικά και πρώιµα επιτεύγµατα
υπογραµµίζουν επίσης τα σχέδιά µας για την αναβάθµιση του LHC για να
βελτιώσουµε σηµαντικά τα στατιστικά στοιχεία. Οι µέθοδοι ανάλυσης έχουν τώρα
αποδειχθεί ότι επιτυγχάνουν την ακρίβεια που απαιτείται για την πλήρη εξερεύνηση
του πεδίου φυσικής, συµπεριλαµβανοµένης της νέας φυσικής που µέχρι στιγµής
κρύβεται τόσο διακριτικά “, δήλωσε ο διευθυντής του CERN για την Έρευνα και την
Πληροφορική Eckhard Elsen.
