أدلة جديدة تعزز اكتشاف هيغز - الجسيم المسؤول عن الكتلة

وقد عزز التحليل المتعمق للاصطدامات الإضافية من عامي 2011 و2012 الأدلة التي تشير إلى أن جسيم هيجز يضمحل أيضًا إلى فرميونات. هذا وفقًا لمقال كتبه علماء في تجربة CMS Besarn نُشر هذا الأسبوع في Nature Physics.

إذا كان الدليل على وجود بوزون هيغز قبل عامين تقريبًا هو الدليل القاطع، فقد عثرت فيزياء الجسيمات الآن أيضًا على بعض رصاصاته. نشر علماء في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) دراسة تحتوي على أدلة مفصلة عن التحلل المباشر لبوزون هيغز إلى فرميونات، بين الجسيمات التي لاحظها النموذج القياسي للفيزياء. وتطابقت النتائج مع ما توقع العلماء العثور عليه في الكم الهائل من البيانات من مصادم الهادرونات الكبير في CERN.

وقد عزز التحليل المتعمق للاصطدامات الإضافية من عامي 2011 و2012 الأدلة التي تشير إلى أن جسيم هيجز يضمحل أيضًا إلى فرميونات. هذا بحسب مقال نشر هذا الأسبوع في مجلة Nature Physics.

يقوم مصادم الهادرونات الكبير بتحطيم البروتونات معًا على أمل أن يؤدي هذا اللقاء إلى إنتاج بوزون هيغز قصير العمر، مما يترك علامات اضمحلاله في سجل التتبع. تم نشر الدراسة من قبل باحثين ينتمون إلى تجربة Compact Muon Solenoid (CMS). وقال البروفيسور بول بادلي من جامعة رايس: "في يوليو 2012، علمنا أننا اكتشفنا نوعًا ما من البوزون، وبدا مثل ما توقعناه من بوزون هيجز". "لتعزيز التقييم بأنه بالفعل بوزون هيغز للنموذج القياسي، هناك أشياء أخرى تحتاج إلى التحقق. تمثل هذه المقالة أحد تلك الاختبارات الأساسية.

كان البحث طويل الأمد عن بوزون هيغز، والذي يعتقد الفيزيائيون أنه يعطي الجسيمات الأخرى كتلتها، هو المحور الرئيسي للبحث في معجل الجسيمات. تعد CMS إحدى تجربتي التسريع الرئيسيتين. أما التجربة الثانية، فقد اكتشف أطلس أيضًا دليلاً قويًا على وجود الفرميونات من فيزياء بوزون هيغز، على الرغم من أن فريق أطلس لم ينشر نتائجه بعد.

تم الآن إخراج المسرع من الخدمة ومن المتوقع الانتهاء من ترقيته خلال عام 2015 (ولهذا السبب أيضًا يمكن للوفود زيارة هناك، بما في ذلك وفد من الصحفيين الإسرائيليين الذين قاموا بجولة في المكان في نهاية أبريل، وقد أحضرنا حتى الآن ستة تقارير من الجولة على موقع AB). وقال بادلي إن أكوام البيانات من التشغيل السابق للمسرع منذ عام 2012 لا تزال تحمل بعض النتائج المذهلة. "إن التنقيب في هذه المعلومات يشبه تحليل البيانات في مسرح الجريمة، والنظر في السلاح الذي أطلق الرصاص. ومع العثور على المزيد من الأدلة، فإنه يبدو أشبه بالنموذج القياسي لبوزون هيغز. هذه الورقة مهمة لأنها تثبت بالفعل اضمحلال هيغز إلى الفرميونات.

الفرميونات هي جسيمات أساسية تتضمن الكواركات واللبتونات (نوع يتضمن أيضًا جسيمًا فرعيًا آخر - الإلكترون). وهي لا توجد إلا لجزء من الثانية فقط بعد أن تتشكل من الأشعة الكونية، ولكن لأنها تبتعد عن نقطة التمدد بسرعة هائلة، يمكن تتبعها.
يقول البروفيسور كارل إكلوند، من جامعة رايس أيضًا، إن التقاط آثارها يتطلب معدات متطورة. وأضاف: "لقد عملت على كاشف البكسل في الجزء الأعمق من نظام إدارة المحتوى (CMS)." "إنها مثل كاميرا ذات 66 مليون بكسل تلتقط 40 مليون إطار في الثانية. نرى اصطدام حزم البروتونات ونفحص جميع الجزيئات المشحونة التي تخرج منها".
تقوم طبقات من أجهزة الكشف الإلكترونية المحيطة بمسار الاصطدام بتتبع أنواع عديدة من الجسيمات، كل منها يترك أثرًا كبيرًا يتضمن عمر الجسيم ومساره. قال إكلوند: "نحن قادرون على ربط النقاط ورؤية المسارات. بالنسبة لأبحاث هيغز، وخاصة في حالة الفرميونات، فإننا نبحث عن تحول هيغز إلى كواركات سفلية وأزواج تاو وتاو المضادة". تاو هي نسخ ثقيلة من الإلكترون.

ومن المتوقع أن يعمل مسرع الجسيمات في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ابتداءً من أبريل 2015، وأن يبدأ في إنتاج الإنتاج العلمي في صيف ذلك العام. وقال إيكلونج: "إن التشغيل الحالي للمسرع سيركز على أشياء جديدة قد تظهر عند طاقات أعلى". "أحد الأهداف المؤكدة هو اكتشاف المزيد من بوزونات هيغز، والتي يمكن أن تخبرنا المزيد عن خصائصها."

وقال: "الإثارة الرئيسية ترجع إلى حقيقة أنه في الطاقات الأعلى يمكننا إنتاج هيغز مع جسيمات أخرى". سيكون من المثير للاهتمام على وجه الخصوص اكتشاف الكواركات القمية الثقيلة وكيفية ارتباطها بجسيم هيجز. "يجب أن تكون مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بجذور هيجز لأن الكواركات العلوية وهيجز معًا ثقيلة الإنتاج."

وفقا لإيكلونج، فإن ترقية LHC قد توفر الطاقة اللازمة لإنتاج العديد من الكواركات العليا وبوزونات هيغز. "نحن مهتمون بفهم كيفية تناسب الكواركات القمية مع النموذج القياسي وما إذا كان لها دور خاص في سياق هيغز لأنها ثقيلة جدًا. ومن الممكن أن تكون هناك تلميحات لفيزياء جديدة تتجاوز النموذج القياسي. وأضاف "نحن ندرك أن النموذج القياسي ليس مثاليا."

وأضاف فيديلي: "كان اكتشاف هيغز مجرد البداية، وليس النهاية". "الخطوة الأولى هي قياس خصائص بوزون هيغز التي اكتشفناها بدقة أكبر، ثم استخدامها كأداة لمزيد من الاكتشافات. "نحن نحاول تحسين الأسئلة المتعلقة بالكون والمادة المظلمة. في الواقع، كان هناك بحث في الأولويات في فيزياء الجسيمات. الأولوية الأولى للمجال بأكمله هي دراسة خصائص البوزون واستنفادها كأداة للاكتشاف. إن اكتشافنا هو خطوة في هذا الاتجاه."

للحصول على معلومات على موقع جامعة رايس

وفي نفس الموضوع على موقع العلوم :

• تمت الموافقة على تجربة أجراها باحثون إسرائيليون لتحديد حجم البروتونات في مسرع الجسيمات PSI
• الرئيس التنفيذي لشركة Cern رولف هوير: حلمي هو العثور على أول جسيم للمادة المظلمة. المقال الأول بعد جولة في مرافق سيرن
• ملاحظات جولة CERN، الجزء 3 هل سنبحر فقط إذا علمنا أن هناك أمريكا عبر المحيط؟ البروفيسور إليعازر رابينوفيتش من الجامعة العبرية يتحدث عن أهمية العلوم الأساسية (Gallery - LHC)
• ملاحظات جولة CERN الجزء الرابع - البروفيسور إيلام جروس: اكتشاف هيجز هو بداية العلم الجديد في القرن الحادي والعشرين
• ملاحظات جولة CERN، الفصل الخامس: الإسرائيلي يبحث عن فيزياء جديدة
• ملاحظات جولة CERM الفصل السادس: البحث عن جسيم تاو