دقیق ترین جرم بوزون هیگز اندازه گیری شد
مداربسته: دانشمندان برنامه اطلس(ATLAS) با تازه ترین پیشرفت در اندازه گیری جرم ذره بنیادی بوزون هیگز، درک بشر از برهمکنش ذرات را متحول می کنند.
به گزارش مداربسته به نقل از ایسنا و به نقل از اطلس سرن، رکورد جدیدی در اندازه گیری جرم ذره بنیادی بوزون هیگز ثبت شده است و دانشمندان برنامه ATLAS در خط مقدم این کشف قرار دارند. اعلامیه ای در کنفرانس «لپتون فوتون»(Lepton Photon) نشان داد که برنامه ATLAS چگونه به یک شاهکار قابل توجه در فیزیک ذرات دست یافته است.
بیش از یک دهه است که ذره مرموز بوزون هیگز توجه دانشمندان سرتاسر جهان را به خود جلب کرده است و به اعتقاد آنها از زمان کشف آن در برخورد دهنده بزرگ هادرونی(LHC) در ۱۱ سال پیش، این ذره ی گریزان کلید کشف رازهای ساختار بنیادی کیهان را در اختیار دارد.
بوزون هیگز
«بوزون هیگز»(Higgs boson) برگرفته از نام پیتر هیگز، معروف به ذره خدا، یک ذره بنیادی اولیه دارای جرم است. مشاهده تجربی این ذره موجب شد دانشمندان بتوانند درباره ی چگونگی جرم دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر را توضیح دهند. بوزون هیگز بطور مشخص می تواند دلایلی برای تفاوت های بین فوتون که بدون جرم است و بوزون های W و Z که نسبتاً پرجرم هستند، ارائه کند.
جرم ذرات بنیادی، تفاوت های بین الکترومغناطیس(که توسط فوتون ها ایجاد می شود) و نیروی هسته ای ضعیف(که توسط بوزون های W و Z ایجاد می شود) در ساختار میکروسکوپی و به طبع ماکروسکوپیک ماده مؤثر هستند. بدین سبب بوزون هیگز یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده است.
این ذره مانند یک قطعه از یک پازل است که وقتی به درستی درک شود، درک ما را از مدل استاندارد کیهان، نظریه ای که تعاملات بین ذرات در جهان را توضیح می دهد، کامل می کند.
اما نکته اینجاست که جرم بوزون هیگز چیزی نیست که بتوان آنرا پیش بینی نمود. در عوض، فیزیکدانان برای تعیین این مقدار حیاتی به اندازه گیری های تجربی تکیه می کنند. اما چرا این قدر مهم است؟ برای اینکه جرم بوزون هیگز نقش مهمی در تعیین نحوه تعامل آن با ذرات دیگر و همین طور با خودش دارد.
دانشمندان با اندازه گیری دقیق جرم این ذره بنیادی می توانند محاسبات نظری را تنظیم و آنها را با پیش بینی های مدل استاندارد مقایسه کنند. هرگونه انحراف از این پیش بینی ها می تواند به پدیده های بطورکامل جدید و ناشناخته اشاره کند و پایه های درک ما از جهان را متزلزل کند.
جرم بوزون هیگز فراتر از محاسبات نظری همین طور عمیقاً بر تکامل و پایداری خلاء کیهان تأثیر می گذارد. اغراق نیست اگر بگوییم شناخت دقیق این پارامتر اساسی یک تغییر دهنده بازی در فیزیک ذرات است.
در طول این ۱۱ سال بعد از کشف بوزون هیگز، مطالعات روی آن به یک راه اصلی برای روشن کردن ساختار بنیادی جهان تبدیل گشته است. اندازه گیری های دقیق خاصیت های بوزون هیگز یکی از قدرتمندترین ابزارهایی است که فیزیکدانان برای اصلاح مدل استاندارد کیهان دارند و الان، نوبت به اندازه گیری دقیق جرم بوزون هیگز رسیده است.
جرم بوزون هیگز توسط مدل استاندارد پیش بینی نمی شود و باید بصورت تجربی تعیین شود. ارزیابی دقیق جرم آن در فیزیک ذرات از اهمیت بالایی برخوردارست. قدرت برهمکنش بوزون هیگز با ذرات مدل استاندارد به جرم بوزون هیگز بستگی دارد و تنها زمانی قابل محاسبه است که مقدار جرم مشخص شود. با اهمیت تر از آن، مقدار جرم بوزون هیگز ارتباط نزدیکی با خاصیت های پتانسیل هیگز دارد که پایداری خلاء ضعیف الکتریکی و بطور بالقوه سرنوشت و تکامل جهان ما را تعیین می کند.
حالا برنامه ATLAS که تلاشی مشترک میان فیزیکدانان و پژوهشگران از سرتاسر جهان است، وارد شده است. آنها از زمان کشف این ذره به خود ماموریت داده اند که برای جابجایی مرزهای دقت در اندازه گیری جرم بوزون هیگز تلاش کنند و الان موفق شده اند.
تازه ترین دستاورد برنامه اطلس
تازه ترین دستاورد برنامه اطلس شامل ترکیب دو نتیجه مهم برای تولید دقیق ترین اندازه گیری از جرم بوزون هیگز است که تا حالا ثبت شده است. نخستین اندازه گیری بر روی فروپاشی بوزون هیگز به دو فوتون پرانرژی متمرکز شد که به عنوان «کانال دی فوتون» شناخته می شود.
نتیجه اینکه جرم خیره کننده ۱۲۵.۲۲ میلیارد الکترون ولت(GeV) با عدم قطعیت ۰.۱۴ GeV به دست آمد. این یعنی دقت با خطای احتمالی ۰.۱۱ درصدی که یک سطح دقت اعجاب انگیز است.
این پیشرفت بدون مجموعه داده های کامل اطلس حاصل از عملیات های ۱ و ۲ برخورد دهنده بزرگ هادرونی امکان پذیر نبود.
با داده های عملیات ۲، عدم قطعیت آماری به نصف کم شد و راه را برای دقت بی سابقه هموار کرد. اما این همه ی ماجرا نیست. کالیبراسیونِ(درجه بندی) اندازه گیری های انرژی فوتون با پیشرفت های شایان توجهی مواجه گردید و عدم قطعیت سیستماتیک را حدودا ۴ برابر کم کرد و به ۰.۰۹ گیگا ولت رساند.
سپس پژوهشگران این نتیجه را با اندازه گیری جرم قبلی که از «کانال چهار لپتونی» به دست آمده بود، ترکیب کردند و نتیجه این شد که جرم بوزون هیگز ۱۲۵.۱۱ میلیارد الکترون ولت با عدم قطعیت تنها ۰.۱۱ میلیارد الکترون ولتی منجر به دقیق ترین اندازه گیری جرم بوزون هیگز تا حالا شد.
آندرس هوکر(Andreas Hoecker) سخنگوی برنامه اطلس می گوید به تعهد بی امان این تیم افتخار می کند. وی اصرار کرد که الگوریتم های بازسازی قدرتمند و کالیبراسیون های دقیق آنها ابزار مخفی دستیابی به این نقطه عطف بوده اند.
اما این کشف چیزی بیش از فقط محاسبه جرم یک ذره بنیادی است. این کشف نشان دهنده گام مهم دیگری در نقشه برداری با جزییات فزاینده در بخش جدید و حیاتی فیزیک ذرات است. همانطور که استفانو مانزونی، تشکیل دهنده زیرگروه کالیبراسیون الکترون-فوتون اطلس می گوید، مهارتهای کالیبراسیون پیشرفته و دقیق مورد استفاده در این تحلیل برای بالا بردن دقت به چنین سطح بی سابقه ای حیاتی بودند و آنها همین طور به نفع تحلیل و بررسی های آینده خواهند بود.
منبع: مداربسته
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب