Billedkredit: Berkeley Lab
I et tilfælde med plotets tykkelse, efterhånden som mysteriet udspiller sig, er Higgs-bosonen lige blevet tungere, selvom den subatomære partikel endnu ikke er fundet. I et brev til det videnskabelige tidsskrift Nature, der blev offentliggjort i udgaven 10. juni 2004, rapporterer et internationalt samarbejde af forskere, der arbejder ved Tevatron-acceleratoren i Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), de mest præcise målinger endnu for toppen af massen kvark? en subatomær partikel, der er fundet? og dette kræver en opadgående revision af den længe postulerede, men stadig uopdagede Higgs boson.
”Da den øverste kvarkmasse, vi rapporterer, er lidt højere end tidligere målt, betyder det, at den mest sandsynlige værdi af Higgs-massen også er højere,” siger Ron Madaras, en fysiker ved det amerikanske energiministerium Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), der leder den lokale deltagelse i D-Zero-eksperimentet ved Tevatron. “Den mest sandsynlige Higgs-masse er nu øget fra 96 til 117 GeV / c2”? GeV / c2 er en almindelig partikel-fysik-masseenhed; protonens masse måler cirka 1 GeV / c2? "Hvilket betyder, at det sandsynligvis er ud over følsomheden ved de nuværende eksperimenter, men meget sandsynligt, at det findes i fremtidige eksperimenter på Large Hadron Collider, der bygges ved CERN."
Higgs-bosonen er blevet kaldt det manglende led i standardmodellen for partikler og felter, teorien, der er blevet brugt til at forklare grundlæggende fysik siden 1970'erne. Før 1995 manglede også topkvarken, men derefter var eksperimentholdene, der arbejdede på Tevatrons to store detektorsystemer, D-Zero og CDF, i stand til at opdage det uafhængigt.
Forskere mener, at Higgs boson, opkaldt efter den skotske fysiker Peter Higgs, der først teoretiserede dens eksistens i 1964, er ansvarlig for partikelmasse, mængden af stof i en partikel. Ifølge teorien erhverver en partikel masse gennem sin interaktion med Higgs-feltet, som menes at gennemtrænge hele rummet og er blevet sammenlignet med melasse, der klæber til enhver partikel, der ruller gennem den. Higgs-feltet blev båret af Higgs-bosoner, ligesom det elektromagnetiske felt bæres af fotoner.
"I standardmodellen er Higgs bosonmassen korreleret med topkvarkmasse," siger Madaras, "så en forbedret måling af topkvarkmassen giver mere information om den mulige værdi af Higgs bosonmassen."
I henhold til Standardmodellen var der i begyndelsen af universet seks forskellige typer kvarker. Topkvarker eksisterer kun et øjeblik, før de nedbrydes til en bundkwark og en W-boson, hvilket betyder, at de, der er skabt ved universets fødsel, er længe væk. På Fermilabs Tevatron, den mest magtfulde collider i verden, giver kollisioner mellem milliarder af protoner og antiprotoner imidlertid en lejlighedsvis topkvark. På trods af deres korte optrædener kan disse øverste kvarker detekteres og karakteriseres ved D-Zero- og CDF-eksperimenter.
I annonceringen af D-Zero-resultaterne sagde eksperiment-cospokesperson John Womersley: ”En analyseteknik, der giver os mulighed for at udtrække mere information fra hver topkvarkhændelse, der opstod i vores detektor, har givet en meget forbedret præcision på plus eller minus 5,3 GeV / c2 i den øverste massemåling sammenlignet med tidligere målinger. Den nye måling kan sammenlignes med nøjagtigheden af alle tidligere målinger af topkvarkmasse. Når dette nye resultat kombineres med alle andre målinger fra både D-Zero og CDF eksperimenter, bliver det nye verdensgennemsnit for topmassen 178,0 plus eller minus 4,3 GeV / c2. ”
D-Zero-detektorsystemet består af en central sporingsdetektorarray, et hermetisk kalorimeter til måling af energi og et stort massivvinkelt muon-detektorsystem. Berkeley Lab designede og byggede de to elektromagnetiske kalibrimetre med endestykket og også den indledende toppunktdetektor, den inderste del af sporingssystemet. Sporingsdetektorer supplerer kalorimeter ved at måle partikelbaner. Kun når bane- og energimålinger kombineres, kan forskere identificere og karakterisere partikler.
Mens hævningen af den centrale værdi for den øverste kvarkmasse ser ud til at formindske muligheden for, at Higgs boson kunne opdages ved Tevatronen, åbner det en bredere dør for nye opdagelser inden for supersymmetri, også kendt som SUSY, en udvidelse af standardmodellen, forener partikler af kraft og stof gennem eksistensen af superpartnere (undertiden benævnt "spartikler"). Supersymmetry søger at udfylde de huller, der er efterladt af standardmodellen.
”De aktuelle massegrænser eller grænser, der udelukker supersymmetriske partikler, er meget følsomme over for den øverste kvarkmasse,” siger Madaras. "Da den øverste kvarkmasse nu er højere, er disse grænser eller grænser ikke så alvorlige, hvilket øger chancen for at se supersymmetriske partikler ved Tevatron."
Forskere fra næsten 40 amerikanske universiteter og 40 udenlandske institutioner bidrog til den dataanalyse, der blev rapporteret i brevet til Nature af eksperimentgruppen D-Zero. Berkeley Lab medforfattere af brevet ud over Madaras var Mark Strovink, Al Clark, Tom Trippe og Daniel Whiteson.
Fermilab-direktør Michael Witherell sagde i en erklæring, at disse resultater ikke afslutter historien om præcisionsmålinger af topkvarkmassen. ”De to collider-detektorer, D-Zero og CDF, registrerer store mængder data i kørsel II på Tevatronen. CDF-samarbejdet har for nylig rapporteret om foreløbige nye målinger af topmassen baseret på Run II-data. Præcisionen i verdensgennemsnittet forbedres yderligere, når deres resultater er endelige. I løbet af de næste par år vil begge eksperimenter foretage stadig mere præcise målinger af topkvarkmassen. ”
Fermilab er ligesom Berkeley Lab finansieret af Department of Energy's Office of Science. Som svar på Nature-brevet fra D-Zero-gruppen sagde Raymond L. Orbach, direktør for kontoret for videnskab,:? Disse vigtige resultater demonstrerer, hvordan vores forskere anvender nye teknikker til eksisterende data og producerer nye estimater for massen af Higgs boson. Vi venter spent på den næste resultatrunde fra de store mængder data, der genereres i dag på Fermilab Tevatron.
Berkeley Lab er et U.S. Department of Energy nationalt laboratorium beliggende i Berkeley, Californien. Det udfører uklassificeret videnskabelig forskning og administreres af University of California. Fermilab er et nationalt laboratorium finansieret af Office of Science i U.S. Department of Energy, der drives af Universities Research Association, Inc.
Original kilde: Berkeley Lab nyhedsudgivelse
