هل تتذكر مدى صعوبة العثور على بوزون هيغز واحد؟ حاول العثور على اثنين في نفس المكان والزمان. يمكن لهذه العملية الرائعة، التي تسمى إنتاج زوج هيغز، أن تزود العلماء بمعلومات حول التفاعل الذاتي لبوزون هيغز.
هل تتذكر مدى صعوبة العثور على بوزون هيغز واحد؟ حاول العثور على اثنين في نفس المكان والزمان. يمكن لهذه العملية الرائعة، التي تسمى إنتاج زوج هيغز، أن تزود العلماء بمعلومات حول التفاعل الذاتي لبوزون هيغز.
بفضل هذا البحث، يستطيع الفيزيائيون قياس قوة الاقتران الذاتي لبوزون هيغز، وهو جانب أساسي من النموذج القياسي الذي يربط آلية هيغز باستقرار كوننا.
يعد البحث عن إنتاج زوج هيغز مهمة صعبة بشكل خاص. وهذه عملية نادرة جدًا، وهي أندر بحوالي 1,000 مرة من إنتاج بوزون هيغز واحد. خلال كل دورة ثانية من مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، من المتوقع أن يتم إنتاج بضعة آلاف فقط من أحداث زوج هيغز في ATLAS، مقارنة بـ 2 مليون تصادم تحدث في كل ثانية.
فكيف يمكن للفيزيائيين العثور على هذه الإبر النادرة في كومة المعلومات؟ إحدى الطرق لتسهيل البحث عن إنتاج زوج هيغز هي البحث عنه في أماكن متعددة. من خلال النظر في الطرق المختلفة التي يمكن أن تتحلل بها أزواج هيغز (حالات الاضمحلال) ودمجها معًا، يمكن للفيزيائيين زيادة فرصهم في العثور على أزواج هيغز ودراستها.
أصدر باحثون من تعاون ATLAS الآن نتائج البحث الأكثر حساسية حتى الآن لإنتاج زوج هيغز والاقتران الذاتي، والذي تم تحقيقه من خلال الجمع بين خمس دراسات لأزواج هيغز لبيانات الدورة الثانية من LHC. هذه النتيجة الجديدة هي بحثهم الأكثر شمولاً حتى الآن، حيث تغطي أكثر من نصف جميع أحداث زوج هيغز المحتملة في ATLAS. وتم نشر الدراسة أيضًا على خادم النشر المبكر arXiv.
الدراسات الخمس التي هي محور الدراسة الحالية ركزت كل منها على حالات التفكك المختلفة، ولكل منها مميزات وعيوب. على سبيل المثال، حالة الاضمحلال الأكثر احتمالًا لأزواج هيغز هي إلى أربعة كواركات سفلية. ومع ذلك، تميل عمليات QCD للنموذج القياسي أيضًا إلى تكوين أربعة كواركات سفلية، مما يجعل من الصعب التمييز بين حدث زوج هيغز وبين هذه العملية الخلفية.
يتضمن اضمحلال زوج هيجز إلى كواركين سفلي واثنين من لبتونات تاو تلوثًا خفيفًا في الخلفية، ولكنه أكثر ندرة بخمس مرات، ويحتوي على نيوترينوات تفلت دون أن يتم اكتشافها، مما يعقد قدرة الفيزيائيين على إعادة إنتاج الاضمحلال. إن الاضمحلال المتعدد اللبتونات، على الرغم من أنه ليس نادرًا جدًا، إلا أنه له علامات معقدة.
تعتبر حالات الاضمحلال الأخرى لزوج هيغز أكثر ندرة، مثل الاضمحلال إلى كواركين سفليين وفوتونين. تمثل هذه الحالة النهائية 0.3% فقط من جميع اضمحلال أزواج هيغز، ولكن لها علامة أكثر وضوحًا وتلوثًا أقل في الخلفية.
ومن خلال الجمع بين نتائج البحث عن كل من هذه الاضمحلالات، تمكن الباحثون من اكتشاف أن احتمالية إنتاج بوزونين هيغز تتجاوز توقعات النموذج القياسي بأكثر من 2.9 مرة. تم الحصول على هذه النتيجة عند مستوى ثقة 95%، مع حساسية متوقعة تبلغ 2.4 (بافتراض عدم وجود هذه العملية في الطبيعة).
وتمكن الباحثون أيضًا من توفير قيود على قوة الاقتران الذاتي لبوزون هيغز، محققين أفضل حساسية حتى الآن لهذه الملاحظة المهمة. ووجدوا أن حجم ثابت الاقتران الذاتي هيغز وقوة التفاعل بين اثنين من بوزونات هيغز واثنين من البوزونات المتجهة يتطابقان مع تنبؤات النموذج القياسي.
تمثل هذه النتيجة المجمعة علامة فارقة في دراسة إنتاج زوج هيغز. الآن، وضع باحثو ATLAS أنظارهم على البيانات من دورة LHC 3 الجارية وعملية LHC عالية السطوع القادمة. باستخدام هذه البيانات، قد يتمكن الفيزيائيون أخيرًا من مراقبة إنتاج أزواج بوزون هيغز بعيدة المنال.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
