A Higgs-bozon két müonra is tud bomlani
A fizikusok 2012-es felfedezése óta tanulmányozzák az egyedülállóan különleges Higgs-bozon tulajdonságait az Európai Nukleáris Kutatási Szervezetben (CERN). A részecskefizika standard modellje által megjósolt récsecske proton-proton ütközésekben keletkezik, majd szinte azonnal más részecskékre esik szét, amit bomlásnak nevezünk. A Higgs-bozon tulajdonságai tanulmányozásának egyik fő módszere a különböző részecskékre való bomlási lehetőségeinek és azok gyakoriságának vizsgálata. Azáltal, hogy megmérik a Higgs-bozon különféle részecskékre történő bomlásait, a fizikusok ki tudják következtetni a lejátszódó kölcsönhatás erősségét: minél nagyobb egy bomlás gyakorisága, annál erősebb a kölcsönhatás.
A Nagy Hadronütköztető (LHC) CMS és ATLAS kísérletei most új fejezet nyitottak a Higgs-bozon vizsgálatában, a kutatók bizonyítékot találtak ugyanis a Higgs-bozon müonos bomlására. Arra pedig, hogy a most nyilvánosságra hozott eredmény csak statisztikus fluktuáció lenne, igen kicsi az esély.
A müon az elektron nehezebb társa, egy elemi részecske, a Világegyetem anyagának egy összetevője. Amíg az elektronokat az első részecske-generációba soroljuk, addig a müon a második generációhoz tartozik.
A fizikai folyamat, amelyben a Higgs-bozon müonokra bomlik, nagyon ritka: csupán minden ötezredik Higgs-bozon bomlás eredményez müonokat.
A korábbi mérések a Higgs-bozonnak a gyenge nukleáris kölcsönhatást közvetítő W- és Z-bozonokra, illetve a nehéz, harmadik generációs fermionokra való bomlásáról tanúskodtak. Ez az új eredmény az alapkutatásban döntő fontosságú, mivel elsőként mutatja meg, hogy a Higgs-bozon kölcsönhat az elemi részecskék a természetben gyakrabban előforduló második generációjával, és így azok is tőle nyerik a tömegüket.
„A CMS együttműködésben büszkék vagyunk arra, hogy sikerült a Higgs-bozon müonos bomlását ilyen érzékenységgel megfigyelni, és bemutatni a folyamat első kísérleti bizonyítékát. Úgy tűnik, hogy a Higgs-bozon második generációs részecskékkel is kapcsolatba lép, a standard modell előrejelzésével összhangban. Az eredményt még tovább fogjuk finomítani azokkal az adatokkal, amelyeket a következő mérési időszakban fogunk begyűjteni” – mondta Roberto Carlin, a CMS kísérlet vezetője.
A CMS kísérlet által megfigyelt és rekonstruált proton-proton ütközési esemény, amelyben a Higgs-bozon egy müonpárra bomlott. A detektorrendszer a nagytömegű részecskéket bomlástermékeiken keresztül azonosítja.
A mérések során különösen nagy kihívást jelent a Nagy Hadronütköztetőben dolgozó tudósok számára, hogy minden egyes müonos Higgs-bozon bomlásra több ezer olyan müonpár esemény jut, amelyek más folyamatok révén keletkeztek, de nagyon hasonló nyomokat hagynak a detektorokban. A kutatóknak a müonpárok tömege ad támpontot annak kiválasztására, hogy melyik az általuk keresett, Higgs-bozon bomlásból származó müonpár.
Olyan részecskepárt kell találniuk a több ezer közül, amelynek tömege megegyezik a Higgs-bozonéval, azaz 125 GeV körüli.
A vizsgálat tehát nem könnyű: mérni kell a müonok energiáját, lendületét és kirepülési szögüket. A kiértékelés érzékenységét többféle technikával javították, mint például a háttér kifinomult modellezése és a gépi tanulási algoritmusok alkalmazása. A CMS négy különálló elemzést kombinált, mindegyiküket a bomlás speciális jeleinek felismerésére optimalizálták.
Az eredmények, amelyek eddig összhangban vannak a standard modell jóslatával, az LHC által eddig szolgáltatott teljes adatmennyiség feldolgozásán alapulnak. Az elkövetkező években folytatódnak az ATLAS és CMS kísérletek, amelyek egyértelmű és megdönthetetlen bizonyítékot adnak majd a kétmüonos bomlás felfedezésre. A kutatók ezt követően képesek lesznek a standard modellen túlmutató elméletek ellenőrzésére és megszorítására is.
Magyarországon az MTA-ELTE Lendület CMS Részecske- és Magfizikai Kutatócsoport, az Eötvös Loránd Tudományegyetem, a Wigner Fizikai Kutatóközpont, a debreceni Atommagkutató Intézet, valamint a Debreceni Egyetem mintegy negyven kutatója és diákja vesz részt a CMS együttműködés munkájában. A Wigner FK kutatói fontos szerepet játszottak a CMS belső szilícium nyomkövető detektorainak működtetésében és továbbfejlesztésében, míg a debreceni együttműködők a müonokat érzékelő külső detektorok helyzetmeghatározó rendszerén dolgoztak. Mindkét detektor nélkülözhetetlen a müonok felismerésében. Az MTA-ELTE csoport az eseményeket valós időben kiválogató triggerek hatékonyságának és az adatok pontos mennyiségét meghatározó luminozitásnak a mérésében vállalt szerepet.
Forrás: elte.hu