Η συνεργασία του Atlas βρίσκει στοιχεία για το Higgs-Boson που αποσυντίθεται σε μιόνια και βελτιώνει την ευαισθησία στο Higgs-Boson που αποσύρεται σε ένα μπόσον Z και ένα φωτόνιο.
Από την ανακάλυψη του μποζόν Higgs το 2012, οι φυσικοί έχουν κάνει σημαντικά βήματα για να εξερευνήσουν τις ιδιότητές του. Αυτό σημαίνει ότι το θέμα έχει γίνει και ξεσκονιστεί; Μακριά από αυτό! Στα νέα αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν στο συνέδριο της Ευρωπαϊκής Φυσικής Εταιρείας του 2025 για τη φυσική υψηλής ενέργειας (EPS-HEP), η συνεργασία του Atlas περιορίζεται σε δύο εξαιρετικά σπάνιες αποσύνσεις Higgs-Boson χρησιμοποιώντας δεδομένα που συλλέχθηκαν στο Run 3 του Large Hadron Collider (LHC). Αυτές οι μελέτες προσφέρουν βαθιές γνώσεις σχετικά με το πόσο στενά η συμπεριφορά του Higgs Boson ευθυγραμμίζεται με το πρότυπο μοντέλο.
Η πρώτη διαδικασία ήταν η αποσύνθεση Higgs-Boson σε ένα ζευγάρι μιονίων (H → μμ). Παρά την έλλειψη – που συμβαίνει σε μόλις 1 από τις 5000 Higgs Decays – αυτή η διαδικασία παρέχει την καλύτερη ευκαιρία για να μελετηθεί η αλληλεπίδραση Higgs με φερμλία δεύτερης γενιάς και να ρίξει φως στην προέλευση της μάζας σε διαφορετικές γενιές. Η δεύτερη διερευνημένη διαδικασία ήταν η αποσύνθεση Higgs-Boson σε μια μποσών και ένα φωτόνιο (H → Zγ), όπου στη συνέχεια το Z Boson διασπάται σε ζεύγη ηλεκτρονίων ή μιονίου. Αυτή η σπάνια αποσύνθεση είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα, καθώς προχωράει μέσω ενός ενδιάμεσου “βρόχου” εικονικών σωματιδίων. Εάν τα νέα σωματίδια συμβάλλουν σε αυτόν τον βρόχο, η διαδικασία θα μπορούσε να προσφέρει υπαινιγμούς φυσικής πέρα από το πρότυπο μοντέλο.
Ψάχνετε για βελόνες σε ένα άχυρα
Ο προσδιορισμός αυτών των σπάνιων αποσύνθεσης είναι αρκετά η πρόκληση. Για το Η → μμ, οι ερευνητές έψαχναν για μια μικρή περίσσεια γεγονότων που συσσωρεύονται κοντά σε μάζα ζεύγους μιονίου 125 GEV (η μάζα του Boson Higgs). Αυτό το σήμα μπορεί εύκολα να κρυφτεί πίσω από τα χιλιάδες ζεύγη μιονίου που παράγονται μέσω άλλων διαδικασιών (“φόντο”).
Η αποσύνθεση H → Zγ είναι ακόμη πιο δύσκολο να απομονωθεί, καθώς οι πιθανότητες να εντοπιστούν το σήμα του περιπλέκονται από το γεγονός ότι το Z Boson διασπάται μόνο σε ανιχνεύσιμα λεπτόνια περίπου το 6% του χρόνου. Η σύνθεση της πρόκλησης είναι οι συνθήκες λειτουργίας του LHC RUN 3, το οποίο διαθέτει πιο επικαλυπτόμενες συγκρούσεις, διευκολύνοντας την ευκολότερη για τα αεριωθούμενα πίδακες να μιμούνται τα πραγματικά φωτόνια.
Για να ενισχύσουν την ευαισθησία των αναζητήσεων τους, οι φυσικοί της Atlas συνδύαζαν τα πρώτα τρία χρόνια των δεδομένων RUN-3 (165 FB-1που συλλέχθηκε μεταξύ 2022-2024) με το πλήρες σύνολο δεδομένων RUN-2 (140 FB-1από το 2015-2018). Επίσης, ανέπτυξαν μια εξελιγμένη μέθοδο για τις καλύτερες διαδικασίες υποβάθρου μοντέλου, ταξινομούσαν τα καταγεγραμμένα γεγονότα από τους συγκεκριμένους τρόπους παραγωγής Higgs και πραγματοποίησαν περαιτέρω βελτιώσεις στις τεχνικές επιλογής των εκδηλώσεων προκειμένου να μεγιστοποιήσουν την πιθανότητα εντοπισμού γνήσιων σημάτων.
Βρίσκοντας αποδεικτικά στοιχεία και ενίσχυση της ευαισθησίας
Στην προηγούμενη αναζήτηση H → μμ χρησιμοποιώντας το σύνολο δεδομένων Full Run-2, η συνεργασία Atlas είδε την πρώτη του υπαινιγμό αυτής της διαδικασίας σε επίπεδο 2 τυπικών αποκλίσεων. Το συγκρίσιμο αποτέλεσμα CMS έφθασε μια παρατηρούμενη (αναμενόμενη) σημασία των τυπικών αποκλίσεων 3 (2,5). Τώρα, με τα συνδυασμένα σύνολα δεδομένων RUN-2 και RUN-3, η συνεργασία ATLAS έχει βρει στοιχεία για H → μμ με παρατηρούμενη (αναμενόμενη) σημασία σε σχέση με την υπόθεση μόνο 3,4 (2,5) τυπικών αποκλίσεων. Αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα ότι το αποτέλεσμα είναι μια στατιστική διακύμανση είναι μικρότερη από μία στα 3000!
Όσον αφορά τη διαδικασία H → Zγ, μια προηγούμενη συνδυασμένη ανάλυση ATLAS και CMS χρησιμοποίησε δεδομένα RUN-2 για να βρει στοιχεία αυτού του τρόπου αποσύνθεσης. Ανέφερε μια παρατηρούμενη (αναμενόμενη) περίσσεια σε σχέση με την υπόθεση μόνο των 3,4 (1,6) τυπικών αποκλίσεων. Το τελευταίο αποτέλεσμα Atlas, συνδυάζοντας δεδομένα RUN-2 και RUN-3, ανέφερε μια παρατηρούμενη (αναμενόμενη) περίσσεια σε σχέση με την υπόθεση μόνο των 2,5 (1,9) τυπικών αποκλίσεων. Αυτό το αποτέλεσμα παρέχει την πιο αυστηρή αναμενόμενη ευαισθησία μέχρι σήμερα για τη μέτρηση της πιθανότητας αποσύνθεσης (“κλάσμα διακλάδωσης”) του H → Zγ.
Αυτά τα επιτεύγματα έγιναν δυνατά από το μεγάλο, εξαιρετικό σύνολο δεδομένων που παρέχεται από το LHC, την εξαιρετική απόδοση και την απόδοση του πειράματος Atlas και τη χρήση νέων τεχνικών ανάλυσης. Με περισσότερα δεδομένα στον ορίζοντα, το ταξίδι της εξερεύνησης συνεχίζεται!
