Puncak dua foton misteri muncul lebih kuat • Igor Ivanov • Berita sains mengenai "Unsur" • Cari Fizik Baru, Pengesan CMS, Pengesan ATLAS, LHC

Puncak dua foton misteri muncul lebih kuat

Rajah. 1. Peristiwa kelahiran dua foton tenaga tinggi dalam pengesan ATLAS. Gambar dari atlas.ch tapak

Dalam fizik zarah asas, penemuan paling kuat dalam 30 tahun yang lalu adalah pembuatan bir. Atau – kekecewaan terkuat. Disember lalu, dalam data Hadron Collider Besar, petunjuk gelombang dua misteri dengan massa 750 GeV diturunkan. Pada persidangan Moriond 2016 baru-baru ini, kumpulan eksperimen membentangkan analisis terkini data yang sama ditambah data yang diperoleh dari sesi sebelumnya. Lonjakan bukan sahaja kekal, tetapi juga menjadi lebih kuat.

Pengenalan Blitz: lonjakan dua foton pada 750 GeV

Tugas utama fizik zarah asas kini adalah pengesanan Fizik Baru yang boleh dipercayai, iaitu, sekurang-kurangnya beberapa kesan yang melampaui Model Standard. Dalam mikrokosmos, terdapat satu realiti baru, lebih mendalam daripada gambaran dunia yang ditawarkan oleh Model Standard, yang sememangnya pasti. Bagaimanapun, pada tenaga apa dia akan bertemu ahli fizik dan bagaimana dia akan – tidak diketahui. Sepanjang dekad yang lalu, beribu-ribu pengukuran sifat-sifat zarah asas telah dilakukan, tetapi semuanya sama ada bersetuju dengan Model Standard atau tidak kelihatan cukup meyakinkan untuk penyimpangan.

Kepentingan tugas ini untuk fizik asas tidak boleh dipandang remeh. Ya, pada tahun-tahun kebelakangan ini sudah ada penemuan yang kuat: boson Higgs, neutrino astrofisika, gelombang gravitasi. Tetapi semua ini adalah akhir yang bahagia untuk mencari sesuatu. yang dijangkakansecara teorinya diramalkan. Jika ada sesuatu yang ditemui di sini, ia akan menjadi sesuatu yang benar-benar baru, sesuatu yang bukan panduan teori yang tidak jelas. Tanpa keterlaluan, kita akan menemui satu aspek yang sama sekali baru dalam struktur mikroskopik alam Semesta.

The Hadron Collider Besar juga bertujuan mencari fizik baru. Walau bagaimanapun, walaupun banyak keputusan dan senarai penyimpangan yang mencurigakan secara beransur-ansur, tiada rujukan konkrit bertetulang kepada Fizik Baru masih belum diterima.

Tahun lepas, penjenama dinaik taraf, dan dia mengumpulkan yang pertama, sederhana, sementara bahagian data mengenai jumlah tenaga pelanggaran 13 TeV. Pada 15 Disember tahun lepas, pada seminar khas di CERN, dua kolaborasi utama Collider Large Hadron, CMS dan ATLAS, menunjukkan keputusan pertama sesi ini. Di dalamnya, dan terutamanya dalam data ATLAS, sesuatu yang sangat ingin ditemui telah dijumpai.Graf pergantungan bilangan kejadian dua foton pada jisim invonant dua foton jelas menonjolkan puncak luas dengan jisim 750 GeV; untuk maklumat lanjut, lihat halaman Lonjakan dua foton pada 750 GeV. Ini sangat mirip dengan sumbangan tambahan dari kelahiran dan pembusukan zarah berat yang baru, yang tidak diketahui sebelumnya – atau beberapa zarah sekaligus.

Mesej ini menyebabkan kacau fizik zarah. Seratus artikel teori dengan varian penjelasannya diterbitkan dalam dua minggu pertama. Sekarang jumlah artikel adalah hampir tiga ratus. Perlu diperhatikan bahawa setakat ini belum ada penerbitan CMS dan ATLAS yang awal, walaupun pendahuluan, saintifik; Semua ini beratus-ratus artikel hanya disebabkan oleh laporan Disember. Dan kemudian, pada bulan Disember, para peneliti hanya mempunyai masa yang cukup untuk menganalisis data, dan oleh itu banyak soalan tetap tidak dijawab.

Hasil dikemas kini

Pada persidangan Moriond 2016 minggu lepas, hasil analisis yang lebih teliti mengenai data yang telah terkumpul pada tahun 2015 telah diumumkan kepada umum. Laporan kedua-dua kerjasama, serta ulasan penjelasan teoritis telah dibentangkan pada hari Khamis, 17 Mac; semua slaid boleh didapati secara bebas di halaman program saintifik persidangan itu.Kami menekankan bahawa statistik kejadian tidak berubah, tetapi ada masa yang cukup untuk membandingkan data yang berbeza dengan teliti dan mendapatkan kesimpulan yang lebih dipercayai.

Analisis baru, berbanding dengan mesej Disember, mengandungi unsur berikut:

  • penentukuran yang lebih tepat mengenai sistem pengesan dan penilaian latar belakang;
  • kedua-dua kerjasama mengkaji semula data dari sesi LHC Run 1 sebelum ini dan memasukkan mereka dalam analisis;
  • Kerjasama CMS berjaya memerah segalanya daripada statistik Run 2 yang "tercemar" dengan magnet pengesan dimatikan;
  • di bawah anggapan bahawa pecah itu disebabkan oleh zarah tunggal dengan jisim 750 GeV, yang meruntuhkan kepada dua foton, diperiksa mana varian yang dipilih oleh data: putaran 0 atau 2.

Dalam ara. 2 menunjukkan data ATLAS yang dikemas kini bersamaan dengan kilauan terkumpul 3.2 fb−1. Di sini, bilangan kejadian dua foton yang meluluskan pemilihan ditangguhkan, bergantung kepada jisim invarian yang terdiri daripada dua foton (ingat bahawa graf yang sama, dengan jisim invasif 125 GeV, akan menunjukkan puncak yang sepadan dengan Higgs boson yang sudah biasa). Dua peristiwa yang berbeza dipilih: satu dioptimumkan untuk zarah dengan putaran sifar (Rajah 2, kiri), dan yang kedua bagi zarah dengan spin dua (Rajah 2, kanan).Memandangkan kriteria pemilihan berbeza, bilangan peristiwa dan pengagihan ke atas jisim invarian juga tidak sama.

Rajah. 2 Pengedaran peristiwa oleh jisim invariant dua foton mengikut ATLAS. Pemilihan dioptimumkan untuk sifar putaran (di sebelah kiri) dan berputar dua (di sebelah kanan). Titik hitam – data lengkung merah – anggaran latar belakang. Imej dari laporan perbincangan Kerjasama ATLAS

Dalam kedua-dua kes, pengedaran menunjukkan kelebihan berbanding latar belakang yang lancar di wilayah 750 GeV. Sudah tentu, naik turun ke atas dan ke bawah juga terdapat di kawasan lain spektrum, tetapi di sekitar 750 GeV beberapa mata serentak naik ke atas dengan keluk yang licin. Ini adalah tepat petunjuk bahawa penyelewengan itu tidak sengaja. Kepentingan statistik setempat yang menyimpang ialah 3,9 untuk spin 0 – dan ini sedikit lebih tinggi daripada pada bulan Disember – dan 3.6 untuk spin 2. Kepentingan statistik global, dengan mengambil kira kesan sampling berganda, berkurangan menjadi 2σ sederhana.

Dalam ara. 3 menunjukkan pengedaran serupa yang diperoleh oleh pengesan CMS. Grafik di sebelah kiri sepadan dengan statistik 2.7 fb−1direkrut dengan pengesan operasi sepenuhnya. Grafik di sebelah kanan adalah 0.6 fb tambahan−1yang direkrut pada bulan pertama pengesan apabila magnet utama pengesan dimatikan kerana masalah teknikal (tanda 3.8T dan 0T hanya menandakan medan magnet pengesan). Data yang dikumpulkan tanpa medan magnet, tentu saja, tidak mendedahkan semua maklumat, kerana mereka tidak dapat memulihkan impuls zarah yang dikenakan. Tetapi, mujurlah, untuk foton ia tidak asas, dan, lebih-lebih lagi, kerana bidang magnet sifar, pemulihan tenaga foton menjadi sedikit lebih tepat daripada dengan mod operasi biasa. Perlu dikatakan bahawa keperluan untuk membangunkan strategi analisa baru dan menggores data dari statistik "cacat" menjadi cabaran untuk kerjasama CMS, dan ia berjaya mengatasinya.

Rajah. 3 Pengagihan acara pada jisim invariant dua foton mengikut CMS. Di sebelah kiri: data yang dikumpulkan dengan pengesan operasi sepenuhnya. Di sebelah kanan: data yang dikumpulkan pada medan magnet sifar. Imej dari laporan perbincangan Kerjasama CMS

Data CMS juga menunjukkan kelebihan di latar belakang di wilayah 750 GeV. Dan sumbangan, walaupun kecil, dibuat data dan tanpa medan magnet. Tanda EBEB pada kedua-dua grafik menunjukkan konfigurasi sedemikian apabila kedua-dua foton memasuki silinder pengesan utama.Kerjasama CMS juga mempunyai data mengenai konfigurasi, apabila satu foton memasuki silinder, dan yang kedua – ke subdetektor akhir; kelebihan itu juga kelihatan di sana. Kepentingan statistik lokal penyimpangan mencapai 2.9σ di bawah asumsi resonans sempit, yang juga sedikit lebih tinggi daripada pada bulan Disember.

Perbandingan dengan Run 1 data

Apabila pada bulan Disember kedua-dua kerjasama menceritakan tentang puncak dua foton, persoalan pertama ialah: apakah yang ditunjukkan oleh Run 1 di kawasan ini? Maka tidak ada jawapan penuh untuk soalan ini: pengeksperimen hanya tidak mempunyai cukup masa untuk menganalisis semula data lama. Kini kedua-dua kerjasama telah menjalankan analisis sedemikian – dan dia seolah-olah menyokong kesimpulan tentang penolakan itu!

Di sini, ia perlu dijelaskan bagaimana data daripada Run 1 dan Run 2 berkorelasi antara satu sama lain Sepanjang tempoh tiga tahun Run 1, kira-kira 8 kali lebih banyak statistik dikumpulkan berbanding pada sesi Run 2 yang baru.Namun, kini tenaga perlanggaran telah berkembang dari 8 hingga 13 TeV – dan, sebagai hasilnya, kebarangkalian peristiwa bertenaga tinggi meningkat dengan ketara (untuk ini, sebenarnya, tenaga dinaikkan). Untuk anggapan paling semulajadi mengenai zarah baru – resonans dengan jisim 750 GeV, yang dilahirkan akibat pelanggaran gluon – seksyen kelahiran kelahiran meningkat 4.7 kali.Ini bermakna bahawa beberapa petunjuknya sepatutnya dilihat dalam data Run 1. Di bawah anggapan lain (contohnya, kelahiran zarah baru yang lebih berat yang merosot dalam lata) keuntungannya dapat 10 atau lebih kali. Oleh itu, dalam rangka andaian ini, ketiadaan lonjakan dalam data Run 1 tidak menimbulkan sebarang pertanyaan.

Dalam ara. 4 menunjukkan hasil pemprosesan baru semua statistik yang terkumpul oleh ATLAS pada tenaga 8 TeV. Pemilihan itu adalah sama seperti sebelumnya, bagaimanapun, penentukuran pendaftaran foton dan kaedah analisis adalah baru. Di sini juga, kelebihan mata yang sedikit tetapi ketara dilihat hanya di rantau yang dikehendaki orang ramai dan mengenai bentuk yang sama. Kepentingan statistik penyimpangan adalah 1.9σ. Pada masa yang sama, sila ambil perhatian bahawa tiada penyelarasan untuk kesan pensampelan berganda sudah diperlukan, kerana kami mencari isyarat tidak sekurang-kurangnya di suatu tempat, tetapi kami menguji hipotesis anomali setempat yang sangat spesifik. Ternyata puncak dua foton di 750 GeV telah mula muncul dalam data Run 1, tetapi hanya ia terlalu lemah untuk menimbulkan kecurigaan.

Rajah. 4 Analisis data lama Run 1 pada 8 TeV. Imej dari laporan perbincangan Kerjasama ATLAS

Apa gunanya statistik, jika anda menggabungkan data Run 1 dan Run 2? Kerjasama ATLAS menghentikan langkah dari mesej berpotensi yang sensasi ini. Harga dan kepentingan setiap pernyataan kini begitu tinggi sehingga kerjasama memutuskan untuk memainkannya dengan selamat dan menahan diri daripada membuat kenyataan seperti itu (walaupun khabar angin mengenai kemungkinan mesej tersebut diedarkan).

Tetapi kolaborasi CMS menetapkan contoh yang baik. Dalam laporannya, apabila Run 1 data diambil kira, makna statistikal tempatan secara keseluruhan meningkat daripada 2.9 hingga 3.4 °. Global, bagaimanapun, kekal rendah – hanya 1.6, tetapi ia juga telah meningkat dengan ketara sejak Disember.

Subtotal

Hakikat bahawa semua penyimpangan ini jatuh pada jisim yang sama memberikan ahli fizik sebagai inspirasi yang nyata. Semua orang akan senang melihat hasil gabungan ATLAS dan CMS – tetapi jelas bahawa sekarang tiada siapa yang secara rasmi akan menghantar nombor ini. Penilaian subjektif informal pada mata adalah seperti berikut: jumlah kesan tiga penyimpangan – 3.9x (ATLAS, 13 TeV), 1.9x (ATLAS, 8 TeV), 3.4σ (CMS, Run 1 + Run 2), – dilicinkan oleh kesan berbilang pensampelan, menarik sekurang-kurangnya 4 σ dalam kepentingan statistik global.

Walau bagaimanapun, dengan serta-merta harus dipenuhi dengan ketara. Data scratching dari statistik kecil adalah tugas yang sangat sukar.Ingatlah bahawa semua kesimpulan tentang kehadiran lonjakan baru terikat kepada keyakinan bahawa kita dapat menggambarkan latar belakang dalam bidang ini dengan secukupnya. Tetapi bagaimana dia dibenarkan? Katakan jika anda melihat gambar lagi. 4, dapat dilihat bahawa data melebihi lengkung merah (iaitu latar belakang yang dianggarkan) tidak hanya pada 750 GeV, tetapi juga di wilayah 1 TeV. Tidak ada apa-apa yang luar biasa di sana, kerana data di 13 TeV tidak menunjukkan apa-apa di sana. Tetapi jika anda sedikit membetulkan latar belakang, menjadikannya lebih sejuk, maka isyarat yang dikehendaki akan melemahkan.

Ya, puncak pada Rajah. 2 dan 3 kelihatan menarik. Tetapi puncak lain, termasuk di LHC, kelihatan seperti mengagumkan – katakan, lonjakan baru pada 2 TeV dalam data Run 1. Walau bagaimanapun, nampaknya sesi baru collider akan mengesahkan bahawa penyelarasan "dua TeV". Oleh itu, keperluan ambang 5 penyimpangan piawai bagi keputusan penting sedemikian adalah benar. Sebenarnya, walaupun teori – dan mereka cenderung untuk mentafsirkan penyimpangan terlalu optimis – bercakap mengenai keputusan baru dalam ungkapan yang agak terkawal (lihat: Kelebihan Dua Foton di LHC Bercahaya Sedikit).

Satu perkara yang jelas: keadaan akan jelas pada tahun ini. Sebulan kemudian, pelakunya akan menyambung semula set data. Dengan statistik musim panas Run 2 akan meningkat beberapa kali.Dari 3 hingga 10 Ogos, persidangan utama tahun ini, ICHEP-2016, akan berlaku, dan kemungkinan besar keputusan utama akan disediakan untuknya. Tetapi itulah yang menanti kita kemudian – sensasi atau kekecewaan besar – kita belum tahu. Nah, tunggu.

Sumber:
1) ATLAS Coll., Diphoton mencari dalam laporan ATLAS // Marco Delmastro pada persidangan Moriond-2016.
2) CMS Coll., Cari resonans diphoton jisim tinggi di CMS // laporan oleh Pasquale Musella pada persidangan Moriond-2016; lihat juga penerbitan teknikal CMS-PAS-EXO-16-018.

Lihat juga:
Senarai semua penerbitan pada puncak dua foton di 750 GeV; Ia juga dalam persembahan grafik interaktif.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: