Εξαιρετικά σπάνια διάσπαση στο CMS, CERN 19 Ιουλίου 2012

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εξαιρετικά σπάνια διάσπαση στο CMS, CERN 19 Ιουλίου 2012"

Ελεφθέριος Γεννάδιος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Εξαιρετικά σπάνια διάσπαση στο CMS, CERN 19 Ιουλίου 2012 Οι ερευνητές του πειράματος Compact Muon Solenoid (CMS) στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) θα παρουσίασουν αποτελέσματα πανω σε μια εξαιρετικά σπάνια και σημαντική διάσπαση που προβλέπεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων. Συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα αφορούν στην διάσπαση των μεσονίων B s σε ζεύγη μιονίων. Μόνο 3 σε κάθε δισεκατομμύριo μεσoνίων B s, αναμένεται να διασπασθούν σε δύο μιόνια, τα βαρύτερα αντίγραφα του ηλεκτρονίου. Τα αποτελέσματα είναι αξιοσημείωτα διότι κάθε απόκλιση από τις ακριβείς προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου (SM) μπορεί να σημαίνει ότι υπάρχουν φυσικά φαινόμενα «πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο» (BSM φυσική). Το CMS μέτρησε τον ρυθμό διάσπασης x 10 9 με στατιστική σημαντικότητα ίση με 4.3 τυπικές αποκλίσεις (4.3σ) [1]. Η αντίστοιχη πρόβελεψη του Καθιερωμένου Μοντέλου είναι of 3.6±0.3 x Η πιθανότητα στατιστικής διακύμανσης των γνωστών διεργασιών υποβάθρου σε αυτό το επίπεδο ρυθμού ή και μεγαλύτερου είναι περίπου 1 στα 100,000.

2 Σχήμα 1: Ένα καταγεγραμμένο γεγονός από το πείραμα CMS to 2012 σε σύγκρουση πρωτονίων- πρωτονίων σε ενέργεια του κέντρου μάζας 8 TeV. Το γεγονός παρουσιάζει χαρακτηριστικά που προβλέπονται από τη εξαιρετικά σπάνια διάσπαση ενός Bs μεσονίου σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο σε ένα ζεύγος μιονίων (αναπαριστώνται με τις δύο κόκκινες γραμμές). Το γεγονός θα μπορούσε επίσης να οφείλεται σε γνωστές διαδικασίες υποβάθρου. Οι προβλέψεις του Καθιερωμένο Πρότυπου έχουν πειραματικά αποδειχθεί στα περασμένα 50 χρόνια με αποκορύφωση την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το Εξακολουθεί όμως να μην παρέχει απολύτως καμία εξήγηση της σκοτεινής ύλης (η οποία προκείπτει από την ανάλυση μεγάλου αριθμού αστροφυσικών και κοσμολογικών δεδομένων), ούτε της επικράτησης της ύλης πάνω στην αντιύλη του σύμπαντος. Το CMS εξακολουθεί την διερευνήση φαινομένων νέας φυσικής.

3 Σχήμα 2 Η ιστορία της αποτελεσμάτων Β s μμ και Β 0 μμ σε διάφορους επιταχυντές, με βελτίωση τέσσερων τάξεων μεγέθους. Η διάσπαση B s μεσόνιων (που αποτελούνατι από ένα «b» κουάρκ και ένα ελαφρύτερο κουάρκ) σε δύο μιόνια (μ) είναι ιδανική για την αναζητήση έμμεση απόδειξης φαινομένων νέας φυσικής (BSM). Οι διασπάσεις των δύο τύπων B μεσονίων B 0 (που αποτελείται από ένα «b» κουάρκ και ένα «d» κουάρκ) και Β s (που αποτελείται από ένα «b» και ένα «s» κουάρκ) - σε ζεύγη μιονίων είναι μια σπάνια διαδικασία στο SM. Θεωρίες που επεκτείνουν το Καθιερωμένο Μοντέλο προβλέπουν αύξηση ή ακόμη πιο ισχυρή καταστολή αυτών των διασπάσεων. Για περισσότερα από 25 χρόνια, πειράματα σε πολλούς διαφορετικούς επιταχυντές

4 σωματιδίων έχουν ψάξει για αυτές τις σπάνιες διασπάσεις. Τα όρια έχουν βελτιωθεί τέσσερις τάξεις μεγέθους καθώς οι ευαισθησίες προσεγγίζουν την πρόβλεψη του Καθιερωμένο Προτύπου. Το πείραμα LHCb έδειξε την πρώτη σαφή ένδειξη για την ύπαρξη της διάσπασης Β s μμ, το Νοέμβριο του 2012, με στατιστική σημαντικότητα 3.5σ. Η πειραματική έρευνα για αυτές τις σπάνιες διεργασίες απαιτεί την επιλογή εξαιρετικα μικρού αριθμού των γεγονότων σήματος (Β s μμ και Β 0 μμ) από ένα συντριπτικό μεγάλο αριθμό γεγονότων υπόβαθρου- μόνο τρια από κάθε δισεκατομμύριο Β s μεσόνια αναμένεται να διασπαστούν σε δύο μιόνια! Το ποσοστό αυτό είναι ακόμη χαμηλότερο για το B 0. To CMS επιλέγει περίπου 400 γεγονοτα κάθε δευτερόλεπτο που παράγονται στις συγκρούσεις πρωτονίων- πρωτονίων στο εσωτερικό του ανιχνευτή, από τα οποία περίπου 10 γεγονότα εξετάζονατι για την αναγήτηση της διάσπασης Β μμ. Τα γεγονότα αυτά ταξινομούνται περαιτέρω ανάλογα με τις ιδιότητες των δύο μιόνιων ώστε να διαχωριστούν τα γεγονότα υπόβαθρου από τα υποψήφια γεγονότα σήματος. Το CMS μετρά με ακρίβεια πόσα Β μεσόνια παρήχθησαν συνολικά χρησιμοποιώντας διαφορετικά κανάλια διάσπασης των B 0 μεσόνιων.

5 Σχήμα 3. Κατανομή της ανακατασκευασμένης μάζας των δυο μιονίων. Οι μοβ και κόκκινες καμπύλες δείχνουν την κατανομή των B 0 και Β s σημάτων, αντίστοιχα, ενώ οι διακεκομμένεσ γραμμες, δείχνουν τρεις διαφορετικούς τύπους υπόβαθρου. Η μπλέ καμπύλη δείχνει το άθροισμα όλων των διαδικασιών. Τα σημεία αντιπροσωπεύουν τα δεδομένα. H πειραματική ομάδα του CMS ανέλυσε το σύνολο των δεδομένων απο τις συγκρούσεις πρωτονίων- πρωτονίων που συλλέχθηκαν το 2011 και το Αυτά τα δεδομένα

6 αντιστοιχούν σε 4.9 fb - 1 [2] ολοκληρωμένης φωτεινότητας σε ενέργεια του κέντρου μάζας 7 TeV για το 2011 και 20.4 fb - 1 στα 8 TeV για το Η κατανομή της μάζας των δυο μιονίων συνεπάγεται ρυθμό διάσπασης B s μμ x 10 9 με σημαντικότητα ίση με 4.3 τυπικές αποκλίσεις. Η αντίστοιχη πρόβελεψη του Καθιερωμένου Μοντέλου είναι of 3.6±0.3 x Η μέτρηση δείχνει την εκπληκτική επιτυχία του Καθιερομένου Προτύπου. Η ανάλυση βάζει άνω όριο 1.1 x 10 9 (95% όριο εμπιστοσύνης [3] ) στο ρυθμό διάσπασης του B 0 μμ. Τα αποτελέσματα υποβλήθηκαν για δημοσίευση στο Physical Review Letters. Η μέτρηση της διάσπασης B s μμ σηματοδοτεί ένα ορόσημο σε μια προσπάθεια 25 χρόνων. Καθώς το LHC θα συνεχίσει να δίνει περισσότερα δεδομένα, η ακρίβεια με την οποία CMS και άλλα πειράματα θα μετρήσουν βασικές και σπάνιες διαδικασίες θα βελτιώνεται σταθερά. Επιπλέον, το 2015 το LHC θα ενισχήσει την ευαισθησία με την οποία το CMS χρειάζεται να μετρήσει την διάσπαση B 0 μμ στα επίπεδα που προβλέπτει το Καθιερωμένο Μοντέλο. Θα επιτρέψει επίσης, με υψηλότερες ενέργειες δέσμης και εντάσεις, το CMS να επεκτείνει την εμβέλεια μιας πληθώρας άλλων ερευνών για την ανακάλυψη νέας φυσικής.

7 Σχήμα 4: Η σημαντικότητα τών B s μμ και B 0 μμ μετρήσεων. Τα ένθετα δείχνουν τις μονοδιάστατες προβολές από το ελάχιστο της καμπύλης προκύπτει η μέτρηση του ρυθμού διάσπασης, ενώ η σημαντικότητα δείχνεται για x = 0.

8 Το πείραμα CMS Για περισσότερες πληροφορίες : cms.outreach@cern.ch Το CMS είναι ένα από τα δύο πειράματα «γενικού σκοπού» στο LHC που χτίστηκαν με απώτερο σκοπό την αναζήτηση νέας φυσικής. Έχει σχεδιαστεί έτσι ούτως ώστε να μπορεί να ανιχνεύσει μια πληθώρα σωματιδίων και φυσικών φαινομένων που παράγονται στις υψηλής ενέργειας συγκρούσεις πρωτονίων με πρωτόνια και με βαρέα ιόντα του LHC και να θα βοηθήσει να απαντηθούν ερωτήσεις όπως: «Από τι είναι πραγματικά φτιαγμένο το Σύμπαν και ποιές είναι οι δυνάμεις που δρουν μέσα του;» και «Πώς αποκτούν τα σωματίδια μάζα;». Θα μετρήσει επίσης με πρωτοφανή ακρίβεια τις ιδιότητες των γνωστών σωματιδίων και θα αναζητήσει τελείως απρόβλεπτα, καινούργια φαινόμενα. Αυτή η έρευνα δεν αυξάνει μόνο την κατανόησή μας για τον τρόπο λειτουργίας του Σύμπαντος, αλλα μπορεί κάποια στιγμή να παράξει νέες τεχνολογίες που θα αλλάξουν τον κόσμο στον οποίο ζούμε, όπως έχει γίνει συχνά στο παρελθόν. Η σύλληψη και ο σχεδιασμός του πειράματος CMS ξεκίνησε το Χρειάστηκαν 16 χρόνια για το χτίσιμο του γιγαντιαίου ανιχνευτή (15 μέτρα διάμετρος, 21 μέτρα μήκος με βάρος τόνων) από μία από τις μεγαλύτερες διεθνείς επιστημονικές συνεργασίες που έγιναν ποτέ: 3275 φυσικοί

9 (συμπεριλαμβανομένων 1535 φοιτητών), καθώς και 790 μηχανικοί και τεχνικοί, από 179 πανεπιστήμια και ερευνητικά εργαστήρια σε 41 χώρες σε όλο τον κόσμο. [1] Η τυπική απόκλιση περιγράφει το εύρος μιας σειράς μετρήσεων γύρω από τη μέση τιμή. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υπολογιστεί το επίπεδο της απόκλισης ενός συνόλου δεδομένων από μια συγκεκριμένη υπόθεση. Οι φυσικοί εκφράζουν τυπικές αποκλίσεις σε μονάδες που ονομάζονται «σίγμα» (σ). Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των σ, τόσο ασυμβίβαστα τα δεδομένα με την υπόθεση. Συνήθως μια ανακάλυψη χαρακτηρίζεται από μεγάλο αριθμό σίγμα (μεγαλύτερο από 5). [2] html [3] Βαθμός εμπιστοσύνης είναι ένα στατιστικό μέτρο του πλήθους των περιπτώσεων από 100 στις οποίες μπορούμε να αναμένουμε τα αποτελέσματα μιας δοκιμασίας να παίρνουν τιμές σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Για παράδειγμα, όριο εμπιστοσύνης 95% σημαίνει ότι το αποτέλεσμα μιας δοκιμασίας πιθανότατα θα επαληθεύσει το αναμενόμενο αποτέλεσμα στο 95% των περιπτώσεων.

Σχετικά έγγραφα

Παρατήρηση νέου σωματιδίου με μάζα 125 GeV Πείραμα CMS, CERN 4 Ιουλίου 2012

Παρατήρηση νέου σωματιδίου με μάζα 125 GeV Πείραμα CMS, CERN 4 Ιουλίου 2012 Σύνοψη Σε ένα κοινό σεμινάριο σήμερα μεταξύ του CERN και του συνεδρίιου "ICHEP 2012" [1] στη Μελβούρνη, οι ερευνητές του πειράματος