Zanka okoli Higgsovega bozona se zateguje

    Iskanje Higgsovega bozona je bilo že večkrat tema tukajšnjih blogov. Odkritje “božjega delca” je eden pomembnejših ciljev eksperimentov na trkalniku LHC v CERNu, saj je Higgsov bozon eden od manjkajočih koscev razumevanja delovanja sveta osnovnih delcev.

    Kot pa ste lahko prebrali tule, tudi raziskovalci v čikaškem laboratoriju Fermilab mrzlično preiskujejo podatke, ki so jih izmerili na trkalniku Tevatron, da bi v njih odkrili sledi razpadov Higgsovega bozona. Tevatron trka delce s približno 5 do 7 krat manjšo energijo, kot jih bo LHC, in (s prekinitvami) uspešno deluje že več kot 15 let. Raziskovalci so v podatkih, izmerjenih na Tevatronu, leta 1995 odkrili tudi najtežji kvark t (t kot top, “zgornji”, o tem lahko več preberete tule) .

    Pogoji za odkritje Higgsovega bozona na Tevatronu niso najugodnejši: po napovedih Standardnega Modela bi Higgsov bozon nastal zelo poredko in bi ga v količini izmerjenih podatkov težko ločili od mnogih ostalih razpadov, ki potekajo ob trkih. Standardni Model ne zna napovedati mase Higgsovega bozona, od njegove mase pa je odvisno,v katere delce bo razpadel in kako pogosto se bodo razpadi dogajali. Znanstveniki morajo zato preveriti veliko različnih scenarijev: za tiste bolj pogoste in kjer z večjo gotovostjo lahko določijo, ali je šlo za razpad prave vrste ali ne, lahko z določeno statistično gotovostjo rečemo, da masa Higgsovega bozona pač ni toliko in toliko, ker bi sicer določene razpade opazili, pa jih nismo.

    Prav to počnejo znanstveniki kolaboracij CDF in D0, ki merijo podatke na Tevatronu. Kolaboraciji, ki sicer zdravo in prijateljsko tekmujeta med seboj v znanstvenih dognanjih, sta pri odkrivanju Higgsovega bozona združili moči in predstavili skupne rezultate. Na petek trinajstega dva dni nazaj so na konferenci v italijanskem mestu La Thuile predstavili najnovejše rezultate, ki so povzeti na sliki, in s statistično gotovostjo 95% izključujejo možnost, da ima Higgsov bozon maso med 160 in 170 GeV/c2 (približno 180krat večjo, kot recimo proton).


    (Celotno sporočilo za javnost lahko preberete tule.)

    Eksperimenti na predhodniku LHC (deloval je v istem tunelu z obsegom 27km), imenovanem LEP, so uspeli pregledati in izključiti razpade za mase do 114 GeV/c2. Mase na intervalu od 160 in 170 GeV/c2 so sedaj izključili z omenjenimi meritvami na Tevatronu.

    Maso Higgsovega bozona se da oceniti tudi posredno preko vpliva, ki ga ima Higgsov delec na druge količine. Tako je recimo masa bozona W v Standardnem Modelu odvisna od mase Higgsovega bozona. Če natančno izmerimo maso bozona W, lahko s tem določimo, koliko je “prostora” za maso Higgsovega bozona. Z meritvijo mase bozona W se v kolaboraciji CDF na trkalniku Tevatron v Chicagu ukvarjam tudi sam. Če združimo vse meritve količin, ki so odvisne od mase Higgsovega delca, ugotovimo, da ni prostora za Higgsov bozon z maso nad 185GeV/c2 (seveda je ponovno treba ta stavek razumeti kot trditev z neko statistično gotovostjo (95%)).

    Zanka okoli Higgsovega bozona se torej počasi zateguje. Ali to pomeni, da bomo raziskovalci z eksperimentov na Tevatronu izpred nosa raziskovalcem iz CERNa speljali laskavo lovoriko odkritja Higgsovega delca? Verjetno ne, razen če je narava nastavila maso Higgsovega delca na Tevatronu ugodno vrednost. Lahko, da bomo iz meritev na Tevatronu dobili namig, kam bolj pozorno pogledati, za resno statistično gotovo odkritje pa bo potrebno počakati na ponovni zagon LHCja.

    Zgodba pa ima še eno sporočilo. Ko je bil Tevatron po zadnjih posodobitvah ponovno zagnan leta 2001, je šlo kar nekaj časa vse narobe in rezultati dolgo niso dosegali pričakovanj. Moderni super-trkalniki in merilniki na njih so tako zapletene aparature, da je za učinkovito delovanje potrebno veliko truda in izkušenj. Danes, 8 let po ponovnem zagonu, Tevatron deluje bolje, kot so bila pričakovanja in načrti ob zagonu. Znanstveniki so dolga leta garali za to, da lahko danes poslušamo o zanimivih rezultatih, kot je ta, ki je bil predstavljen v petek. Nezgoda z LHCjem septembra lani in pa verjetno še veliko presenečenj, ki čaka znanstvenike iz CERNa, preden bo vse potekalo po načrtih, so normalen del procesa, ko gre za tako kompleksne aparature. Lahko pa ste iz zgodbe o uspehu Tevatrona prepričani, da bomo znanstveniki naredili vse, da iz meritev iztisnemo kar največ. Mislim, da bo v prihodnjih nekaj letih moč z veseljem slediti zanimivim odkritjem iz sveta osnovnih delcev.

    6 KOMENTARJI

    1. Lep post Ilija! Tekma postaja res zanimiva, se pred nekaj leti si namrec tako napete situacije ne bi predstavljal. A ocitno vsi ne verjamejo tem kombiniranim mejam D0 in CDF. Ta prihajajoci cetrtek je na primer v okviru phen-cluba tukaj na cernu naslednja predstavitev M. Dittmarja z ETH: “Why I never believed the Tevatron Higgs sensitivity claims for Run2a and b”.

      In se abstrakt:”Since about 10 years, some sensitivity claims for the SM Higgs at the Tevatron and Higgs masses below 200 GeV have been presented. Most recently even a preliminary 2 sigma exclusion limit has been distributed by the world media. The BBC published an article (17th of February) about a recent AAAS meeting under the title `Race for God particle heats up’. In this presentation I will describe the “origins and the evolution” of these surprising statements and why a Higgs sensitivity close to nothing remains after a critical analysis of the Tevatron simulations and the existing few fb-1 data analysis.”

      http://indico.cern.ch/conferenceDisplay.py?confId=54612

    2. Zdravo Jure, hvala za tvoj komentar, prav zanimivo bo pogledati Dittmarjeve prosojnice. Iz povzetka ne vem natančno, na kaj bo oprl svojo kritiko, upam pa, da ne na besedila člankov v dnevnem časopisju.

      Sam vedno z nekakšnim “znanstvenim odporom” berem take članke, ker je v njih zaradi berljivosti, verjetno tudi senzacionalističnosti, včasih pa tudi nerazumevanja piscev zvenijo hvalisavo, ali pa enostavno trdijo stvari, ki niso res. Omenjen članek trdi nekaj stvari, ki jih je težko razumeti pravilno brez poznavanja ozadja (če prav razumem, gre za naslednji članek: http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/7893689.stm).
      Vem, da je take članke težko napisati, včasih mogoče se težje, kot je napisati resen znanstveni članek o isti temi (vsekakor je izziv, ki smo ga pisci tega bloga očitno sprejeli 😉 ).

      Kako smo prišli do trditev, da z neko statistično gotovostjo Higgsov delec nima mase določenih vrednosti, je statistično dobro definirano. Vsekakor so take trditve odvisne od teoretičnih predpostavk: možno, da se kolega Dittmar ne strinja z njimi, ali pa misli, da je uporabljena statistična teorija neprimerna. V obeh primerih bi pričakoval, da bo v povzetku napisal nekaj takega kot, “zakaj mislim, da so gotovosti izključitev napačno izračunane”. Izbor besed “Zakaj nikoli nisem verjel ocenam občutljivosti eksperimentov na Tevatronu” zveni nekoliko neznanstveno (vse v navednicah sem prevedel sam). No, počakajmo na prosojnice, pa potem lahko se kakšno besedo napišemo na to temo.

    3. Po vsej verjetnosti prestavitev ne bo na prosojnicah, ampak bo “blackboard talk” (ja, tudi to se obstaja, phen-club je serija taksnih predstavitev na tabli, da je vse skupaj bolj neformalno). Si bos moral omisliti kaksnega vohuna … 🙂

    4. A res, zanimivo, naslednjič, ko sem v CERNu, si bom šel kakšno predstavitev ogledat, če bo na sporedu. Ali potekajo te predstavitve v interakciji s poslušalci, zakaj je potrebna tabla? No, vsekakor računam na določene “vohune” med občinstvom!

      Tole me je spomnilo na nekaj, kar sem ti že kar nekaj časa mislil predlagati: ostali smo se malo razpisali o našem delu, prav zanimivo bi bilo prebrati tudi kaj o življenju in delu vas, teoretikov!

    5. Ilija, sicer si verjetno ze slisal od svojih "vohunov" (in si morda tudi ogledal transparence Dittmarjeve predstavitve – je namrec imel predstavitev tudi v okviru CMS week, v sredo, kot del higgs working group – takole ob rob, govoril je tik za menoj, tako da sem imel fino polno dvorano, vse skupaj se je vsaj dobro izteklo zame :-)). Skratka, Dittmarjevi argumenti so zelo sibki, predvsem pa je ocitno v zraku tudi precej nekih osebnih zamer/vojn/iger. Bolj podroben opis tega kaj se je dogajalo na phenclubu, si lahko preberes na http://dorigo.wordpress.com/2009/03/20/a-seminar-against-the-tevatron/

      Je pa po svoje skoda, da je bil tako oseben (pa tudi povrsen). Namesto osebnih napadov bi namrec veliko raje slisal kaj otipljivejsega npr. o tem, koliksna je nevarnost da neural networks lahko skrijejo kaksne sistematicne napake, saj je vse skupaj bolj crna skatla. Lep obraten primer od BaBarja je, ko so z uporabo sPlot ugotovili, da jim v B->Kpi manjkajo radiativne korekcije, saj se funkcija za ozadje in signal nista ujemala s pricakovanji. Je kaj takega mogoce pri NN?

    6. hm, kar črno škatlo naučiš to zna .. lepo in prav,vendar ves filter premalo interagira z relativnostnimi odstopanji … ali zna tudi to?

    PUSTITE KOMENTAR

    Vpiši svoj komentar!
    Prosimo vpišite svoje ime

    This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.