دانشمندان سرن برای کشف فیزیک جدید به بررسی تعاملات بین بوزون‌های هیگز می‌پردازند

دانشمندان باور دارند که تعاملات بین بوزون‌های هیگز می‌تواند به درک فیزیک جدید منجر شود. این بوزون که در سال ۲۰۱۲ در برخورددهنده بزرگ سرن کشف شد، مرکز توجه تحقیقات فیزیک ذرات بوده است.

دانشمندان گفته‌اند که تولید جفت‌های بوزون هیگز می‌تواند در خود مدل استاندارد رخ دهد. این فرایند به قدری نادر است که تا کنون مشاهده آن در داده‌های جمع‌آوری شده ممکن نشده است.

با این حال، مدل‌های نظری فراتر از مدل استاندارد وجود دارند که پیش‌بینی می‌کنند با احتمال بیشتری تولید جفت‌های بوزون هیگز صورت می‌گیرد.

دتکتور ATLAS هر دو هدف را ترکیب کرده است

پژوهشگران در دتکتور ATLAS هر دو هدف را ترکیب کرده‌اند: با آخرین تحلیل، امکان گسترش شناخت از تعاملات بوزون‌های هیگز با یکدیگر و یافتن محدودیت‌های جدید بر پدیده‌های 'فیزیک جدید' فراهم شده است.

در تاسیسات سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای (CERN) در ژنو، دانشمندان در تلاشند تا با اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر ویژگی‌های بوزون هیگز و جستجوی 'فیزیک جدید'، تحقیقات کنونی خود را انجام دهند.

مطالعه تازه منتشر شده نمونه‌ای از این روش است. در آن، فیزیک‌دانان از آزمایش ATLAS بر روی وقایعی که به ایجاد دو بوزون هیگز منجر می‌شود تمرکز کرده‌اند، که سپس به چندین ذره از خانواده لپتون (عمدتاً الکترون‌ها و میون‌ها) تجزیه می‌شوند.

مطالعات تجربی بر تعاملات بوزون‌های هیگز

نتایج در مجله فیزیک انرژی بالا ارائه شده‌اند. دکتر بارتلومیه زابینسکی از مؤسسه فیزیک آکادمی علوم لهستان (IPJ PAN) که تیم بین‌المللی مسئول این تحلیل را هدایت کرد، اظهار داشت که مطالعات تجربی تعاملات بوزون‌های هیگز با یکدیگر یک مشکل اساسی مواجه شده‌اند.

«مشکل اینجاست: در برخوردهای پروتونی در LHC، بوزون‌های هیگز به قدری نادر پدیدار می‌شوند که تا کنون حتی یک رویداد تولید جفت بوزون هیگز مشاهده نشده است، که در ظاهر کاملاً لازم به نظر می‌رسد اگر بخواهیم به تعاملات بین این ذرات نگاه کنیم. چگونه می‌توانیم پدیده‌ای که هنوز مشاهده نشده است را مطالعه کنیم؟» زابینسکی پرسید.

ویژگی‌های غیرمنتظره بوزون‌های هیگز

دانشمندان همچنین ادعا می‌کنند که در محدوده مدل استاندارد، می‌توان پیش‌بینی‌های روز به روز دقیق‌تری از احتمال فرآیندهای مختلف شناخته شده کرد. هرگونه اختلاف بین پیش‌بینی‌های نظری و داده‌های واقعی از دتکتورهای LHC می‌تواند دلیلی بر وجود ویژگی‌های غیرمنتظره بوزون‌های هیگز یا وجود فیزیک جدید باشد.

فیزیک‌دان‌ها در آزمایش ATLAS تنها با استفاده از چارچوب مدل استاندارد، سیگنال‌هایی را که باید در صورت وقوع دو پدیده بوزون هیگز در دتکتورها مشاهده شود، به همراه پیش‌زمینه شبیه‌سازی کردند و سپس نتایج را براساس میزان داده‌های مورد انتظار از دتکتور خود نرمال‌سازی کردند.

گام نهایی مقایسه مقادیر به‌دست‌آمده با مشاهدات پیشین بود. استفاده از یادگیری ماشین مبتنی بر درخت‌های تصمیم‌گیری به یافتن این فرآیندهای نادر کمک کرد.

زابینسکی بیان کرد که تحلیل تولید جفت بوزون هیگز در حالت نهایی با چندین لپتون، مکملی بر مطالعات فعلی دیگر حالت‌های نهایی است. تاکنون، دانشمندان چیزی را در داده‌های دتکتورهایی مشاهده نکرده‌اند که با مدل استاندارد مغایرت داشته باشد.

با این حال، این نتیجه امکان وجود پدیده‌های 'فیزیک جدید' را رد نمی‌کند، بلکه تنها نشان می‌دهد که تأثیر احتمالی آنها بر تولید جفت بوزون هیگز هنوز به اندازه کافی قوی نیست تا در داده‌های جمع‌آوری شده تا کنون دیده شود، اضافه کرد زابینسکی.

ضربه دهنده بزرگ هادرونی نیز قرار است در سال‌های آینده به‌روزرسانی عمده‌ای را تجربه کند. همچنین گفته می‌شود که شدت پرتوها سپس ده برابر افزایش خواهد یافت، که منجر به افزایش چشمگیر در تعداد برخوردهای پروتونی ثبت‌شده خواهد شد.

محدودیت‌های اعمال‌شده توسط تحلیل کنونی بر تولید و پارامترهایی که تعاملات بوزون‌های هیگز را توصیف می‌کنند، به فیزیکدانان این امید را می‌دهد که شاید همین ابتدای دهه بعد بتوان رویدادهای نخستین تولید دوگانه هیگز را از داده‌های بیشتر جدا کرد و پیش‌بینی‌های امروز را در مشاهدات مستقیم این پدیده تأیید کرد، اضافه کرد انتشار خبر.