وضع علماء فيزياء الجسيمات ضغطًا على بوزون هيجز ؛ ابحث عن النتائج النهائية في عام 2012
من خلال المخططات 'المضغوطة حديثًا' من أحدث البيانات التي تم الحصول عليها من تجربتين في فيزياء الجسيمات ، قالت فرق من العلماء من مصادم الهادرونات الكبير في CERN ، المركز الأوروبي للأبحاث النووية ، يوم الثلاثاء إنهم سجلوا 'تلميحات محيرة' للجسيم دون الذري بعيد المنال المعروف مثل Higgs Boson ، لكن لا يمكن القول بشكل قاطع أنه موجود ... حتى الآن. ومع ذلك ، فإنهم يتوقعون أن عمليات تشغيل المصادم لعام 2012 يجب أن تجلب بيانات كافية لاتخاذ القرار.
'حقيقة أننا قادرون على عرض نتائج تحليل متطور للغاية بعد شهر واحد فقط من تسجيل آخر جزء من البيانات التي استخدمناها مطمئن للغاية' ، قال الدكتور جريج لاندسبيرج ، منسق الفيزياء في Compact Muon Solenoid (CMS) كاشف في LHC لـ Universe Today. 'يخبرك بمدى سرعة وقت الاستجابة. هذا حقًا غير مسبوق في تاريخ فيزياء الجسيمات ، مع مثل هذه التجارب الكبيرة والمعقدة التي تنتج الكثير من البيانات ، وهو أمر مثير للغاية '.
في الوقت الحالي ، الاستنتاج الرئيسي لأكثر من 6000 عالم في الفرق المشتركة من CMS وكاشفات الجسيمات ATLAS هو أنهم كانوا قادرين على تقييد النطاق الشامل للنموذج القياسي بوزون هيجز - إن وجد - ليكون في نطاق 116- 130 GeV بواسطة تجربة ATLAS ، و 115-127 GeV بواسطة CMS.
النموذج القياسي هو النظرية التي تشرح تفاعلات الجسيمات دون الذرية - التي تصف المادة العادية التي يتكون منها الكون - وتعمل بشكل جيد بشكل عام. لكنه لا يفسر سبب امتلاك بعض الجسيمات للكتلة وعدم وجود كتلة أخرى ، كما أنه لا يصف 96٪ من الكون غير المرئي.
في عام 1964 ، اقترح الفيزيائي بيتر هيغز وزملاؤه وجود مجال طاقة غامض يتفاعل مع بعض الجسيمات دون الذرية أكثر من غيرها ، مما ينتج عنه قيم متفاوتة لكتلة الجسيمات. يُعرف هذا المجال باسم حقل هيغز ، وجسيم هيغز هو أصغر جسيم في مجال هيغز. لكن لم يتم اكتشاف Higgs Boson بعد ، وكان أحد الأسباب الرئيسية لبناء LHC هو محاولة العثور عليه.
للبحث عن هذه الجسيمات الدقيقة ، يقوم المصادم LHC بسحق البروتونات عالية الطاقة معًا ، مما يؤدي إلى تحويل بعض الطاقة إلى كتلة. ينتج عن هذا رذاذ من الجسيمات التي تلتقطها أجهزة الكشف. ومع ذلك ، فإن اكتشاف هيجز يعتمد على مراقبة الجسيمات التي تتحلل فيها هذه البروتونات بدلاً من هيغز نفسها. إذا كانت موجودة ، فهي قصيرة العمر ويمكن أن تتحلل بعدة طرق مختلفة. تكمن المشكلة في أن العديد من العمليات الأخرى يمكن أن تؤدي أيضًا إلى نفس النتائج.
كيف يمكن للعلماء معرفة الفرق؟ الإجابة المختصرة هي أنه إذا تمكنوا من اكتشاف جميع الأشياء الأخرى التي يمكن أن تنتج إشارة شبيهة بـ Higgs والتردد النموذجي الذي ستحدث عنده ، فعندئذ إذا رأوا المزيد من هذه الإشارات أكثر مما تقترحه النظريات الحالية ، فهذا يمنحهم مكانًا للبحث عن هيغز.
شهدت التجارب تجاوزات في نطاقات مماثلة. وكما أشار البيان الصحفي لـ CERN ، 'إذا تم أخذها بشكل فردي ، فلا شيء من هذه التجاوزات أكثر أهمية من الناحية الإحصائية من دحرجة النرد والخروج بستين على التوالي. الأمر المثير للاهتمام هو أن هناك عدة قياسات مستقلة تشير إلى المنطقة من 124 إلى 126 جيجا إلكترون فولت. '
قال لاندسبيرج ، وهو أيضًا أستاذ في جامعة براون: 'هذا أمر واعد جدًا'. 'هذا يدل على أن كلا التجربتين تفهمان ما يجري مع أجهزة الكشف الخاصة بهم بشكل جيد للغاية. شهدت كلتا المعايرة تجاوزات عند الكتل المنخفضة. لكن لسوء الحظ ، فإن طبيعة عمليتنا إحصائية ومن المعروف أن الإحصائيات تلعب حيلًا مضحكة من حين لآخر. لذلك نحن لا نعرف حقًا - ليس لدينا أدلة كافية لنعرفها - ما إذا كان ما رأيناه هو لمحة عن بوزون هيجز أم أن هذه مجرد تقلبات إحصائية لعملية النموذج القياسي التي تحاكي نفس النوع من التوقيعات التي ستأتي إذا تم إنتاج Higgs Boson '.
قال لاندسبيرج إن الطريقة الوحيدة للتعامل مع الإحصائيات هي الحصول على المزيد من البيانات ، ويحتاج العلماء إلى زيادة حجم عينات البيانات بشكل كبير من أجل الإجابة بالتأكيد على السؤال حول ما إذا كان بوزون هيجز موجودًا بكتلة 125 جيجا إلكترون فولت أو أي كتلة النطاق الذي لم يتم استبعاده بعد.
الخبر السار هو أن كميات كبيرة من البيانات قادمة في عام 2012.
قال لاندسبيرج: 'نأمل أن نضاعف عينة البيانات التي تم جمعها هذا العام أربع مرات'. 'وهذا من شأنه أن يمنحنا ثقة إحصائية كافية لحل هذا اللغز بشكل أساسي وإخبار العالم ما إذا كنا قد رأينا اللمحات الأولى من Higgs Boson. كما أظهر الفريق اليوم ، سنستمر في الزيادة حتى نصل إلى مستوى الأهمية الإحصائية التي تعتبر كافية للاكتشاف في مجالنا '.
قال لاندسبيرج إنه ضمن هذا النطاق الصغير ، لا يوجد مجال كبير للاختباء هيغز. 'هذا مثير للغاية ، ويخبرك أننا على وشك الانتهاء. لدينا حساسية كافية وأجهزة كشف جميلة ؛ نحن بحاجة إلى مزيد من الوقت وقليل من البيانات. أنا متفائل جدًا بأن نتمكن من قول شيء نهائي بحلول وقت ما من العام المقبل '.
لذا فإن التشويق يتزايد ويمكن أن يكون عام 2012 عام هيجز.
مزيد من المعلومات: بيان صحفي لـ CERN ، ArsTechnica