Týmto meraním LHC opäť demonštruje svoju schopnosť vykonávať veľmi presné merania a poskytovať nové pohľady na starú záhadu.
CMS experiment. Zdroj: CERN
Vedci z experimentu CMS (The Compact Muon Solenoid – Kompaktný miónový solenoid) odprezentovali minulý týždeň na každoročnej konferencii Rencontres de Moriond výsledok merania efektívneho leptónového elektroslabého zmiešavacieho uhla. Tento výsledok je doteraz najpresnejšie meranie uskutočnené hadrónovým úrýchlovačom (kolajdrom) a je v dobrej zhode s predpoveďou štandardného modelu.
Štandardný model
Štandardný model časticovej fyziky je nateraz najpresnejší opis častíc a ich interakcií. Presné meranie jeho parametrov kombinované s presnými teoretickými výpočtami má ohromujúcu prediktívnu silu, ktorá umožňuje predpovedať javy ešte skôr, než sú priamo pozorované. Týmto spôsobom štandardný model úspešne vymedzil hmotnosti bozónov W a Z (objavené v CERNe v roku 1983), top kvarku (objavený vo Fermilabe v roku 1995) a naposledy Higgsovho bozónu (objavený v CERNe v roku 2012).
Akonáhle boli tieto častice objavené, zmienené predpovede sa stali testom konzistentnosti štandardného modelu, ktorý umožnil fyzikom vyšetrovať hranice jeho platnosti. Presné merania vlastností týchto častíc sú súčasne mocnými nástrojmi pre hľadanie nových javov, ktoré presahujú hranice štandardného modelu (tzv. “nová fyzika”). Tieto nové javy by sa prejavili ako diskrepancie medzi nameranými a vypočítanými hodnotami rozličných veličín.
Ilustračný obrázok zrážky častíc vo Veľkom hadrónovom urýchľovači. Zdroj: iStockphoto.com
Nezhodné výsledky
Elektroslabý zmiešavací uhol je kľúčovým prvkom, ktorý testuje konzistentnosť štandardného modelu. Je to základný parameter štandardného modelu, ktorý určuje, ako z elektroslabej interakcie vznikajú elektromagnetická a slabá interakcia pomocou procesu známeho ako narušenie elektroslabej symetrie. Tento parameter súčasne zväzuje hmotnosti W a Z bozónov, ktoré prenášajú slabú interakciu. Takže meranie W a Z hmotností verzus meranie zmiešavacieho uhla poskytuje dobrú krížovú kontrolu štandardného modelu.
Dva najpresnejšie merania slabého zmiešavacieho uhla boli vykonané na LEP kolajdri v CERNe a v SLD experimente na lineárnom urýchľovači v SLACu (Stanford Linear Accelerator Center). Získané hodnoty neboli vo vzájomnej zhode, čo trápilo fyzikov viac než desať rokov. Nový výsledok je v dobrej zhode s predpoveďou štandardného modelu a prispieva k riešeniu diskrepancie medzi výsledkami z LEPu a SLD.
„Tento výsledok ukazuje, že presná fyzika sa môže realizovať aj na hadrónových kolajdroch,” povedala Patricia McBride, hovorkyňa CMS. “Táto analýza musela zvládnuť komplikované prostredie v LHC Run 2, kde súčasne dochádza k priemerne 35 protón-protónových zrážkam. Ide súčasne o prípravu k ešte presnejšej fyzike na High-Luminosity LHC, kde bude dochádzať k päťkrát viac protónovým zrážkam súčasne.”
Ide o najpresnejšie meranie
Presné testy štandardného modelu sú odkazom elektrón-pozitrónových kolajdrov, akým bol LEP v CERNe, ktorý bol v prevádzke do roku 2000 v rovnakom tuneli, v ktorom sa momentálne nachádza LHC. Zrážky elektrónov s pozitrónmi poskytujú dokonale čisté prostredie na takéto vysokopresné merania. Takýto typ meraní v protón-protónových zrážkach na LHC predstavuje podstatne väčšiu výzvu, i keď je potrebné sa zmieniť, že experimenty ATLAS, CMS a LHCb už poskytli nemálo nových ultra-presných meraní. Výzvu predstavuje hlavne obrovské pozadie vytvorené procesmi, za ktoré nesie zodpovednosť iný typ fyziky, než je tá, ktorú sa pokúšame študovať. Ďalšou komplikáciou je fakt, že protóny, na rozdiel od elektrónov, nie sú elementárne častice. Preto sa zdalo, že dosiahnuť podobnú presnosť, aká bola dosiahnutá na elektrón-pozitrónových kolajdroch, bude nemožné. Ale práve to sa podarilo.
Meranie, ktoré CMS prezentuje, využíva vzorku protón-protónových zrážok získaných v časovom období 2016 – 2018 pri ťažiskovej energii 13 TeV, čo zodpovedá celkovej integrovanej luminozite 137/fb, čo predstavuje približne 11,000 miliónov miliónov zrážok.
Zmiešavací uhol bol získaný pomocou analýzy uhlových rozdelení v zrážkach, v ktorých boli produkované páry elektrónov alebo páry miónov. Ide o doteraz najpresnejšie meranie uskutočnené na hadrónovom kolajdri, ktoré prekonáva predchádzajúce merania z ATLASu, CMS a LHCb.
Zdroj: TS Svet častíc
(JM)
