Πιστωτική εικόνα: Berkeley Lab
Σε περίπτωση που η πλοκή πυκνώνει καθώς το μυστήριο ξεδιπλώνεται, το μποζόνιο Higgs μόλις έγινε βαρύτερο, παρόλο που το υποατομικό σωματίδιο δεν έχει ακόμη βρεθεί. Σε μια επιστολή προς το επιστημονικό περιοδικό Nature, που δημοσιεύθηκε στο τεύχος 10 Ιουνίου 2004, μια διεθνής συνεργασία επιστημόνων που εργάζονται στο Tevatron accelerator του Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), ανέφεραν τις πιο ακριβείς μετρήσεις για τη μάζα της κορυφής κουάρκ; ένα υποατομικό σωματίδιο που έχει βρεθεί; και αυτό απαιτεί μια ανοδική αναθεώρηση για το μακροχρόνιο, αλλά ακόμα μη ανιχνευμένο μποζόνιο Higgs.
«Δεδομένου ότι η κορυφαία μάζα κουάρκ που αναφέρουμε είναι λίγο υψηλότερη από ό, τι μετρήθηκε προηγουμένως, αυτό σημαίνει ότι η πιθανότερη τιμή της μάζας Higgs είναι επίσης υψηλότερη», λέει ο Ron Madaras, φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (Μπέρκλεϋ) Lab), ο οποίος είναι επικεφαλής της τοπικής συμμετοχής στο πείραμα D-Zero στο Tevatron. «Η πιο πιθανή μάζα Higgs έχει πλέον αυξηθεί από 96 σε 117 GeV / c2»; Το GeV / c2 είναι μια κοινή μονάδα σωματικής-φυσικής μάζας. η μάζα του πρωτονίου μετρά περίπου 1 GeV / c2; "Που σημαίνει ότι είναι πιθανώς πέρα από την ευαισθησία των τρεχόντων πειραμάτων, αλλά πολύ πιθανό να βρεθεί σε μελλοντικά πειράματα στο Large Hadron Collider που κατασκευάζεται στο CERN."
Το μποζόνιο Higgs έχει χαρακτηριστεί ως σύνδεσμος που λείπει στο πρότυπο μοντέλο σωματιδίων και πεδίων, η θεωρία που χρησιμοποιείται για την εξήγηση της θεμελιώδους φυσικής από τη δεκαετία του 1970. Πριν από το 1995, το κορυφαίο κουάρκ έλειπε επίσης, αλλά τότε οι πειραματικές ομάδες που εργάζονταν στα δύο μεγάλα συστήματα ανιχνευτών του Tevatron, D-Zero και CDF, κατάφεραν να το ανακαλύψουν ανεξάρτητα.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το μποζόνιο Higgs, που πήρε το όνομά του από τον Σκωτία φυσικό Peter Higgs, ο οποίος θεώρησε για πρώτη φορά την ύπαρξή του το 1964, είναι υπεύθυνος για τη μάζα των σωματιδίων, την ποσότητα της ύλης σε ένα σωματίδιο. Σύμφωνα με τη θεωρία, ένα σωματίδιο αποκτά μάζα μέσω της αλληλεπίδρασής του με το πεδίο Higgs, το οποίο πιστεύεται ότι διαπερνά όλο το χώρο και έχει συγκριθεί με τη μελάσα που κολλά σε οποιοδήποτε σωματίδιο κυλά μέσα από αυτό. Το πεδίο Higgs θα φέρεται από μποζόνια Higgs, όπως και το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μεταφέρεται από φωτόνια.
«Στο πρότυπο μοντέλο, η μάζα μποζονίου Higgs συσχετίζεται με τη μάζα κορυφής κουάρκ», λέει ο Madaras, «οπότε μια βελτιωμένη μέτρηση της μάζας κορυφής κουάρκ δίνει περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την πιθανή τιμή της μάζας μποζονίου Higgs».
Σύμφωνα με το πρότυπο μοντέλο, στην αρχή του σύμπαντος υπήρχαν έξι διαφορετικοί τύποι κουάρκ. Τα κορυφαία κουάρκ υπάρχουν μόνο για μια στιγμή πριν αποσυντεθούν σε ένα κουάρκ κάτω και ένα μποζόνιο W, πράγμα που σημαίνει ότι αυτά που δημιουργήθηκαν κατά τη γέννηση του σύμπαντος έχουν φύγει πολύ. Ωστόσο, στο Tevatron του Fermilab, το πιο ισχυρό συγκολλητικό στον κόσμο, οι συγκρούσεις μεταξύ δισεκατομμυρίων πρωτονίων και αντιπρωτονίων δίνουν ένα περιστασιακό κορυφαίο κουάρκ. Παρά τις σύντομες εμφανίσεις τους, αυτά τα κορυφαία κουάρκ μπορούν να εντοπιστούν και να χαρακτηριστούν από τα πειράματα D-Zero και CDF.
Ανακοινώνοντας τα αποτελέσματα D-Zero, ο εκπρόσωπος του πειράματος John Womersley είπε: «Μια τεχνική ανάλυσης που μας επιτρέπει να εξαγάγουμε περισσότερες πληροφορίες από κάθε κορυφαίο συμβάν κουάρκ που συνέβη στον ανιχνευτή μας, απέδωσε μια πολύ βελτιωμένη ακρίβεια συν ή πλην 5,3 GeV / c2 in η κορυφαία μέτρηση μάζας, σε σύγκριση με προηγούμενες μετρήσεις Η νέα μέτρηση είναι συγκρίσιμη με την ακρίβεια όλων των προηγούμενων μετρήσεων μάζας κορυφαίου κουάρκ. Όταν αυτό το νέο αποτέλεσμα συνδυάζεται με όλες τις άλλες μετρήσεις τόσο από τα πειράματα D-Zero όσο και από το CDF, ο νέος παγκόσμιος μέσος όρος για την κορυφαία μάζα γίνεται 178,0 συν ή μείον 4,3 GeV / c2. "
Το σύστημα ανιχνευτή D-Zero αποτελείται από μια κεντρική συστοιχία ανιχνευτών παρακολούθησης, ένα ερμητικό θερμιδόμετρο για τη μέτρηση της ενέργειας και ένα μεγάλο σύστημα ανιχνευτών μόνων στερεάς γωνίας. Η Berkeley Lab σχεδίασε και δημιούργησε τα δύο ηλεκτρομαγνητικά θερμιδόμετρα τελικού καλύμματος και επίσης τον αρχικό ανιχνευτή κορυφής, το εσωτερικό μέρος του συστήματος παρακολούθησης. Οι ανιχνευτές παρακολούθησης συμπληρώνουν τα θερμόμετρα μετρώντας τις τροχιές των σωματιδίων. Μόνο όταν συνδυάζονται μετρήσεις τροχιάς και ενέργειας μπορούν οι επιστήμονες να αναγνωρίσουν και να χαρακτηρίσουν σωματίδια.
Ενώ η αύξηση της κεντρικής τιμής για την κορυφή μάζας κουάρκ φαίνεται να μειώνει την πιθανότητα να βρεθεί το μποζόνιο Higgs στο Tevatron, ανοίγει μια ευρύτερη πόρτα για νέες ανακαλύψεις στην υπερσυμμετρία, επίσης γνωστή ως SUSY, μια επέκταση του Standard Model που ενώνει τα σωματίδια της δύναμης και της ύλης μέσω της ύπαρξης υπερ-συνομιλητών (μερικές φορές αναφέρονται ως «διαχωριστικά»). Η υπερσυμμετρία επιδιώκει να καλύψει τα κενά που αφήνει το πρότυπο μοντέλο.
«Τα τρέχοντα όρια μάζας ή τα όρια που αποκλείουν τα υπερσυμμετρικά σωματίδια είναι πολύ ευαίσθητα στην κορυφή μάζας του κουάρκ», λέει ο Madaras. «Δεδομένου ότι η μάζα του κορυφαίου κουάρκ είναι τώρα υψηλότερη, αυτά τα όρια ή τα όρια δεν είναι τόσο σοβαρά, γεγονός που αυξάνει την πιθανότητα εμφάνισης υπερσυμμετρικών σωματιδίων στο Tevatron.»
Επιστήμονες από σχεδόν 40 πανεπιστήμια των ΗΠΑ και 40 ξένα ιδρύματα συνέβαλαν στην ανάλυση δεδομένων που αναφέρεται στην επιστολή προς το Nature από την πειραματική ομάδα D-Zero. Οι συν-συγγραφείς του Μπέρκλεϊ Εργαστηρίου της επιστολής εκτός από τους Μανταρά ήταν οι Μάρκ Στρόβινκ, Αλ Κλαρκ, Τομ Τρίππε και Ντάνιελ Γουίιστον.
Ο διευθυντής της Fermilab, Michael Witherell, δήλωσε σε μια δήλωση ότι αυτά τα αποτελέσματα δεν τελειώνουν την ιστορία των μετρήσεων ακριβείας της κορυφαίας μάζας κουάρκ. «Οι δύο ανιχνευτές συγκρούσεων, D-Zero και CDF, καταγράφουν μεγάλες ποσότητες δεδομένων στο Run II του Tevatron. Η συνεργασία CDF ανέφερε πρόσφατα προκαταρκτικές νέες μετρήσεις της κορυφαίας μάζας με βάση τα δεδομένα του Run II. Η ακρίβεια του παγκόσμιου μέσου όρου θα βελτιωθεί περαιτέρω όταν τα αποτελέσματά τους είναι τελικά. Κατά τα επόμενα χρόνια, και τα δύο πειράματα θα κάνουν όλο και πιο ακριβείς μετρήσεις της μάζας του κορυφαίου κουάρκ. "
Το Fermilab, όπως και το Berkeley Lab, χρηματοδοτείται από το Γραφείο Επιστημών του Υπουργείου Ενέργειας. Σε απάντηση στην επιστολή Nature από την ομάδα D-Zero, ο Raymond L. Orbach, Διευθυντής του Γραφείου Επιστημών, δήλωσε: «Αυτά τα σημαντικά αποτελέσματα δείχνουν πώς οι επιστήμονες μας εφαρμόζουν νέες τεχνικές σε υπάρχοντα δεδομένα, παράγοντας νέες εκτιμήσεις για τη μάζα των το μποζόνιο Higgs. Περιμένουμε με ανυπομονησία τον επόμενο γύρο αποτελεσμάτων από τις τεράστιες ποσότητες δεδομένων που παράγονται σήμερα στο Fermilab Tevatron.
Το Berkeley Lab είναι εθνικό εργαστήριο Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ που βρίσκεται στο Berkeley της Καλιφόρνια. Διεξάγει μη ταξινομημένη επιστημονική έρευνα και διοικείται από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Το Fermilab είναι ένα εθνικό εργαστήριο που χρηματοδοτείται από το Γραφείο Επιστήμης του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, το οποίο διαχειρίζεται η University Research Research Association, Inc.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων στο Berkeley Lab
