Aday Higgs bozonu, ATLAS deneyinde iki fotona ayrışır. Kredi: CERN
CERN’deki ATLAS deneyinin yeni sonucu, %0,09’luk benzeri görülmemiş kesinliğe ulaştı.
ATLAS işbirliği, minimum belirsizlikle 125,11 milyar elektronvoltluk bir değer bildirerek Higgs bozonunun kütlesinin bugüne kadarki en kesin ölçümünü elde etti. Sonuçlar, difoton ve dört lepton kanallarından alınan ölçümlerin bir kombinasyonundan elde edildi. Bu bulgular, Evrenin temel yapısını anlamak için çok önemlidir ve gelişmiş kalibrasyon tekniklerine ve güçlü yeniden yapılandırma algoritmalarına atfedilmiştir.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısında (LHC) keşfinden bu yana geçen 11 yıl içinde Higgs bozonu, Evrenin temel yapısına ışık tutmak için merkezi bir yol haline geldi. Bu özel parçacığın özelliklerinin kesin ölçümleri, fizikçilerin şu anda parçacıkların dünyasını ve etkileşimlerini en iyi tanımlayan teori olan Standart Modeli test etmek için sahip oldukları en güçlü araçlar arasındadır. Geçen hafta Lepton Foton Konferansı’nda ATLAS işbirliği, Higgs bozonunun kütlesini her zamankinden daha hassas bir şekilde nasıl ölçtüğünü bildirdi.
Higgs bozonunun kütlesi Standart Model tarafından tahmin edilmiyor ve bu nedenle deneysel ölçümle belirlenmelidir. Değeri, Higgs bozonunun kendisiyle olduğu kadar diğer temel parçacıklarla da etkileşimlerinin gücünü belirler. Bu temel parametrenin kesin bilgisi, fizikçilerin Higgs bozonunun özelliklerine ilişkin ölçümlerini Standart Model’den tahminlerle karşılaştırmasına olanak tanıyan doğru teorik hesaplamaların anahtarıdır. Bu tahminlerden sapmalar, yeni veya açıklanamayan fenomenlerin varlığına işaret eder. Higgs bozonunun kütlesi aynı zamanda Evrenin vakumunun evrimini ve kararlılığını yönlendiren çok önemli bir parametredir.
ATLAS ve CMS işbirlikleri, parçacığın keşfinden bu yana Higgs bozonunun kütlesinin çok daha hassas ölçümlerini yapıyor. Yeni ATLAS ölçümü iki sonucu birleştirir: Parçacığın iki yüksek enerjili fotona (“difoton kanalı”) bozunmasının analizine dayalı yeni bir Higgs bozonu kütle ölçümü ve dört leptona bozunmasına (“dört lepton kanalı”) dayalı bir önceki kütle ölçümü.
Çalışma 1 ve 2’deki tüm ATLAS veri kümelerinin analizlerini birleştiren difoton kanalındaki yeni ölçüm LHC, yalnızca 0,14 GeV’lik bir belirsizlikle 125,22 milyar elektronvoltluk (GeV) bir kütle ile sonuçlandı. %0,11’lik bir hassasiyetle bu difoton kanalı sonucu, Higgs bozonunun kütlesinin tek bir bozunma kanalından bugüne kadarki en kesin ölçümüdür.
Bu kanaldaki önceki ATLAS ölçümüyle karşılaştırıldığında, yeni sonuç, hem istatistiksel belirsizliği iki kat azaltan tam ATLAS Run 2 veri setinden hem de sistematik belirsizliği neredeyse dört kat azaltarak 0,09 GeV’ye düşüren foton enerjisi ölçümlerinin kalibrasyonundaki çarpıcı iyileştirmelerden yararlanır.
ATLAS elektron-foton kalibrasyon alt grubunun düzenleyicisi Stefano Manzoni, “Bu analizde kullanılan gelişmiş ve titiz kalibrasyon teknikleri, hassasiyeti benzeri görülmemiş bir düzeye çıkarmak için kritik öneme sahipti” diyor. “Geliştirmeleri birkaç yıl sürdü ve ATLAS dedektörünün derinlemesine anlaşılmasını gerektirdi. Ayrıca gelecekteki analizlerde büyük fayda sağlayacaklar.”
ATLAS araştırmacıları, difoton kanalındaki bu yeni kütle ölçümünü dört lepton kanalındaki önceki kütle ölçümüyle birleştirdiklerinde, 0,11 GeV belirsizlikle 125,11 GeV’lik bir Higgs bozonu kütlesi elde ettiler. %0,09’luk hassasiyetle bu, bu temel parametrenin şimdiye kadarki en hassas ölçümüdür.
“Bu çok hassas ölçüm, ATLAS iş birliğinin verilerimizin anlaşılmasını geliştirmeye yönelik aralıksız yatırımının sonucudur”, diyor ATLAS sözcüsü Andreas Hoecker. “Hassas kalibrasyonlarla birleştirilmiş güçlü yeniden oluşturma algoritmaları, hassas ölçümlerin belirleyici bileşenleridir. Higgs bozonunun kütlesinin yeni ölçümü, parçacık fiziğinin bu kritik yeni sektörünün giderek daha ayrıntılı haritalanmasına katkıda bulunuyor.”