Objev na Tevatronu? - nová částice? Higgs?
Vladimír Wagner
Experimenty na americkém urychlovači
Tevatron ještě nesložily zbraně před evropským LHC a dnes experiment CDF ohlásí
možný objev nové částice či nové fyziky.
V polovině března se opět spustil urychlovač LHC a začal intenzivně pracovat při stejné energii protonů jako v minulém roce, tedy 3,5 TeV. Zvětšuje se počet shluků protonů, kterých je nyní dvě stě v každém svazku. Zvyšuje se také počet protonů a zmenšuje průměr svazku v místech srážky. Poběží tak téměř celý rok, jen na pár dní v poslední čtvrtině března se přeladil na energii 1,38 TeV. Důvodem toho bylo, že tuto energii má každý nukleon jader olova, která se srážela na konci minulého roku. Budeme mít tak srážky protonů při stejné energii a bude možné přímo srovnávat srážky protonů a jader olova. Teď už se zase srážejí protony při energii 3,5 TeV. Už nyní se získalo přes polovinu počtu srážek z minulého roku a efektivita práce urychlovače LHC rychle roste. Přehled o práci urychlovače LHC v minulém roce jsem na Oslovi psal a doufám, že o jeho zajímavých objevech ještě ledacos napíši.
Kontrolní centrum LHC, kde se stýká
Elán ovšem neztrácí ani urychlovač Tevatron v laboratoři Fermilab ve Spojených státech. V jeho případě se srážejí protony s antiprotony, které mají každý energii blízkou 1 TeV. Podrobnější popis urychlovače Tevatron jsem na Oslovi už předložil. Experimenty, které Tevatron využívají, se snaží před úplným rozběhnutím urychlovače LHC co nejintenzivněji analyzovat získaná data a hlavně v oblasti studia komplikovaných rozpadů využít náskok, který ještě mají a objevit, co je možné. Mezi tyto studie patří korelovaná produkce intermedialního bozonu W, který je zodpovědný za slabou interakci, a Higgsova bosonu. Hledání Higgse je důležitým úkolem Tevatronu i LHC a právě Tevatronu se podařilo vyloučit řadu oblastí hmotností, které by Higgs mohl mít. Důkaz toho, že Higgs s nějakou hmotností neexistuje, je pro odborníky jistě zajímavé a o jedné takové studii právě z Tevatronu jsem na Oslovi psal v předminulém roce.
Experiment CDF, který dnes v 22:00 SEČ ohlásí
nový objev.
Ovšem pro laika se atraktivním stane pouze objev této částice. A právě náznak objevu nové částice má být oficiálně vyhlášen ve 22:00 SEČ na speciálním semináři experimentu CDF. Výsledky již byly uveřejněny v článku publikovaném na elektronickém serveru arxiv. Experiment CDF studoval společnou produkci bosonu W a dvojice výtrysku hadronů (výtrysk je proud částic, které letí stejným směrem a pocházejí z jedné původní částice). Zjišťovala se hmotnost, kterou by měla částice, pokud by oba výtrysky vznikly jejím rozpadem. Takové korelace mezi W bosonem a dvojicí výtrysků mohou být i náhodné. Bez toho, aby výtrysky vznikly z rozpadu jedné částice. Ovšem jejich počet můžeme spočítat. V datech, které získal experiment CDF a pečlivě analyzoval, našel náznaky přebytku případů, které naznačovaly existenci neznámé částice s hmotností v oblasti 120 až 160 GeV/c2. Tedy zhruba 160krát těžší než proton. Je to oblast kde by se mohl nacházet i slavný Higgsův boson. Je třeba poznamenat, že by se nemohlo jednat o "standardního" Higgse. Jeho předpokládané vlastnosti jsou relativně dobře známé. Víme tak, že by přebytek rozpadů musel být zhruba třikrát menší než pozorovaný. Musel by to být nějaký jeho exotický bratr Jak se vyznat v zoologie všemožných i hypotetických částic a k čemu by nám byl třeba právě Higgs je popsáno zde.
Jestli se opravdu jedná o objev nové částice či nové fyziky, je zatím otevřená otázka. Přebytek zkoumaných případů nad předpovědí, která plyne ze standardního modelu, je dost malý. Statistika je tak na hranici toho, kdy lze začít považovat existenci jevu za velmi pravděpodobnou. Protože získání dostatečné statistiky na Tevatronu už by bylo dlouhodobé a nebude asi možné, s největší pravděpodobností si na potvrzení či vyvrácení objevu budeme muset počkat na LHC. Pokud jde opravdu o reálný jev, určitě jej uvidí a bude jej moci prostudovat velmi podrobně.
Fermilab už uvažuje o budoucnosti, kdy by měl nahradit Tevatron nový
urychlovač. Testování kryogenních modulů budoucího urychlovače
Ještě jeden dodatek k relevanci pozorování přebytků případů v oblasti 150
MeV. Na následující stránce je ukázka, že velikost přebytku je velmi citlivá i
na nastavení škály, která normuje pozadí: http://cmsdoc.cern.ch/~ttf/CDFDiJetScale/AnimatedDijet.gif
Jedná se o slabý pík v invariantní hmotnosti, který není popsán červenou
teoretickou křivkou. Ten při změně škály může i úplně zmizet.
V Řeži 6. 4. 2011
