• Friday July 19,2019

Post Tetamu: Matt Strassler pada Memburu Higgs

Anonim

Mungkin anda sudah mendengar boson Higgs. Mungkin anda telah mendengar frasa "mencari sangat" dalam konteks ini. Kita memerlukannya, tetapi setakat ini kita tidak dapat mencarinya. Ini semua mungkin berubah tidak lama lagi - ada seminar yang dijadualkan di CERN oleh kedua-dua kerjasama LHC besar, untuk mengemas kini kami tentang kemajuan mereka dalam mencari Higgs, dan ada khabar angin yang mungkin membawa berita baik kepada kami. Anda tahu apa yang mereka katakan mengenai khabar angin: kadang-kadang mereka benar, dan kadang-kadang mereka salah.

Oleh itu, kami sangat gembira untuk mengalu-alukan jawatan tetamu oleh Matt Strassler, yang merupakan ahli teori zarah pakar, untuk membantu menjelaskan apa yang dipertaruhkan dan di mana pencarian Higgs boleh diterajui. Matt telah membuat banyak sumbangan penting, dari fenomenologi kepada teori rentetan, dan baru-baru ini telah melancarkan laman web Of Of Significant Significance, yang bertujuan untuk menjadikan fizik partikel moden dapat diakses oleh khalayak yang luas. Pergi ke sana untuk menyimpan harta karun artikel penjelasan, berkembang dengan pantas.

--------

Selepas tahun yang sangat berjaya menjalankan Large Hadron Collider (LHC), pemecut zarah yang paling berkuasa di dunia, rasa keseronokan yang hebat mula menyerap komuniti fizik zarah tinggi tenaga. Mencari zarah Higgs.

atau zarah.

atau apa sahaja yang muncul di tempatnya.

telah memasuki peringkat penting.

Kita kini jauh dalam Fasa 1 carian ini, di mana eksperimen LHC ATLAS dan CMS sedang mencari zarah Higgs yang paling mudah . Versi unjam dari zarah Higgs ini biasanya dipanggil Standard Model Higgs, atau "SM Higgs" untuk pendek. Akhir Fasa 1 kelihatan paling hampir setahun, dan mungkin lebih awal. Dalam masa itu, sama ada SM Higgs akan muncul, atau ia akan diketepikan sekali dan untuk semua, memaksa pencarian eksperimen untuk lebih banyak jenis eksotik zarah Higgs. Sama ada cara, ia menjadi titik dalam sejarah usaha kami untuk memahami undang-undang asas alam.

Masa ini telah lama datang. Saya telah bekerja sebagai seorang saintis selama lebih dari dua puluh tahun, dan selama sedekad ketiga sebelum itu saya membaca artikel orang awam tentang fizik zarah, dan menghadiri kuliah umum oleh pendahulu saya. Walaupun begitu, zarah Higgs adalah misteri yang mendalam. Dalam Model Standard (persamaan yang digunakan di LHC untuk menggambarkan semua zarah dan daya alam yang kita ketahui setakat ini, bersama-sama dengan medan SM Higgs dan zarah) ia menonjol sebagai sedikit berbeza, sedikit ad hoc, sesuatu tidak seperti yang lain. Selalunya disyaki bahawa cerita penuh mungkin lebih rumit. Sudah pada 1970-an dan 1980-an terdapat varian spekulasi persamaan Standard Model yang mengandungi beberapa jenis zarah Higgs, dan versi-versi lain dengan medan Higgs yang lebih rumit dan tidak ada zarah Higgs - dengan peranan utama partikel Higgs dimainkan oleh zarah dan tentera baru yang lain.

Tetapi semua orang juga tahu ini: anda tidak boleh hanya mengambil persamaan Model Standard, melepaskan zarah Higgs, dan meletakkan apa-apa kembali di tempatnya. Persamaan yang dihasilkan tidak akan membentuk teori lengkap; mereka akan menjadi tidak konsisten. Walaupun masih berkesan dalam banyak konteks, mereka akan menjadi sia-sia untuk meramalkan beberapa proses tenaga tinggi, termasuk yang LHC, beberapa tahun dari sekarang, akan terus belajar. Oleh itu, telah diketahui secara meluas, lebih tiga puluh tahun yang lalu, bahawa sesuatu seperti zarah Higgs harus berada dalam persamaan tersebut untuk menjadikannya masuk akal. Malah, keadaan itu lebih kuat daripada itu. Persamaan Model Standard memerlukan pengubahsuaian penting dan bersejarah melainkan jika zarah Model Standard Higgs didapati dengan jisim di bawah kira-kira 800 GeV / c 2 . (Untuk skala, jisim atom hidrogen adalah kira-kira 1 GeV / c 2. )

Ini titik terakhir ini yang menjelaskan mengapa saat ini adalah kritikal. Tentunya, eksperimen sebelumnya telah mencari zarah Higgs juga. Dan mereka dapat menyapu beberapa kawasan bersih; kita tahu, dari eksperimen ini, bahawa jisim SM Higgs tidak boleh terletak di bawah 115 GeV / c 2 . Tetapi LHC adalah istimewa; ia adalah pemecut pertama yang mampu mencari Higgs SM di seluruh jisim yang dibenarkan keseluruhan masih tersisa, dari 115 hingga 800 GeV / c 2 .

Fasa 1, pencarian SM Higgs, adalah bahagian mudah dari usaha untuk zarah Higgs (atau zarah atau apa sahaja). Apa yang membuatkannya mudah? Persamaan Model Standard sangat terperinci dan jelas bahawa segala sesuatu tentang zarah SM Higgs sudah diketahui, kecuali satu perkara: jisimnya. Lebih tepat lagi, jika anda memberitahu saya jisim zarah SM Higgs, saya boleh memberitahu anda bagaimana ia dihasilkan di LHC dan apa kadarnya, dan apa yang ia pecah, dan berapa kali ia mereput kepada satu set zarah dan bukannya lain. Ini menjadikan hidup agak mudah untuk penguji di ATLAS dan CMS, kerana semua yang mereka perlu lakukan ialah: memilih jisim di julat yang dibenarkan, minta ahli teori untuk mengira sifat-sifat zarah SM Higgs massa itu, tentukan cara terbaik untuk mendapatkannya dalam data mereka, dan melihat data: adakah terdapat bukti untuk atau terhadap kehadirannya? Mereka kemudiannya harus mengulangi ini di seluruh rangkaian massa yang mungkin secara sistematik, sehingga mereka telah menutup semua wilayah yang dibenarkan. (Sebenarnya mereka melakukan semua ini secara serentak, tidak secara berurutan.) Apabila liputan mereka selesai - atau apabila mereka mencari sesuatu - Fasa 1 sudah berakhir.

  • Status semasa carian untuk model Model Higgs Standard, menunjukkan bahawa keputusan November LHC, menggunakan data musim panas, meninggalkan jurang dari 115 kepada 141 GeV / c 2, serta kawasan di atas 470 GeV / c 2 yang tidak disukai oleh pertimbangan lain.
  • Ia berguna untuk memikirkan Tahap 1 sebagai tiga sub projek, yang berlaku pada masa yang sama tetapi meneruskan pada kadar yang berbeza, yang melibatkan strategi carian untuk SM Higgs ringan, kelas menengah dan kelas berat SM. Kami hampir selesai dengan kes middleweight, yang mudah, di mana seseorang melihat terutamanya untuk pembusukan Higgs (iaitu, hancur) ke dua zarah W atau dua Z zarah. Seluruh julat dari 141 hingga 470 GeV / c 2 kini dikecualikan (mengikut kombinasi data musim panas dari ATLAS dan CMS yang diumumkan beberapa minggu yang lalu). Julat ringan, hingga 115 GeV / c 2, didominasi oleh pencarian untuk zarah Higgs yang merosot kepada dua foton. Untuk memerhatikan kerosakan ini, proses yang sangat jarang berlaku, memerlukan banyak data, jadi meneroka rangkaian ini sepenuhnya akan mengambil enam bulan lagi setahun. Tetapi kita sepatutnya mengetahui lebih lanjut mengenai Higgs ringan pada 13 Disember, apabila CERN akan menyediakan kemas kini pada carian Higgs.

  • Model Standard ringan Higgs zarah mesti didapati melalui proses yang sangat jarang di mana ia hancur ( "meretas ") ke dalam dua zarah cahaya (foton). Penemuan kelas Model Medium atau berat kelas Higgs boleh dibuat dengan menggunakan pemecahan biasa ke dua zarah W atau zarah Z dua (setiap satunya akan meruntuhkan dua zarah lain).
  • Julat kelas berat - di atas 450 GeV / c 2 atau lebih - sedikit lebih halus. Banyak ahli teori berpendapat tetingkap ini sudah ditutup, oleh bukti eksperimen tidak langsung. Terdapat proses yang diukur dengan hati-hati sepanjang 20 tahun yang lalu, yang secara tidak langsung sensitif kepada jisim SM Higgs, dan yang sangat menyarankan ia harus berada di sebelah yang lebih ringan.

    di bawah sesuatu seperti 300-400 GeV / c 2, walaupun orang yang munasabah mungkin tidak bersetuju di mana tepat untuk menetapkan perkara ini. Tetapi walaupun anda tidak membeli argumen yang kuat ini, ia tidak akan menyusahkan eksperimen. Bergantung kepada berapa banyak data LHC yang diambil pada tahun 2012, kita harus melihat sebahagian besar julat kelas berat dieksplorasi secara eksperimen pada akhir tahun depan. Hasil eksperimen, digabungkan dengan hujah-hujah teori, harus membenarkan Tahap 1 untuk menyimpulkan, untuk kepuasan hampir semua pakar, setelah data 2012 dianalisis sepenuhnya.

    Maka apakah hasil yang mungkin dari Tahap 1?

    1) Zarah SM Higgs, yang sudah diketahui dengan keyakinan yang tinggi untuk tidak berada dalam julat middleweight, mungkin muncul dalam julat ringan atau kelas berat.
    2) Zarah SM Higgs mungkin dikecualikan sepenuhnya, dari 115 hingga 800 GeV / c 2 atau lebih. (Ingat, walaupun, ini tidak bermakna tiada zarah Higgs dari mana - mana jenis - ia hanya bermaksud bahawa jenis paling mudah tidak ditemui dalam alam semula jadi.)
    3) Suatu zarah seperti Higgs yang jelas bukan model Model Higgs Standard (kerana ia mempunyai kadar pengeluaran yang salah, atau kadar kerosakan yang salah, berikan massa) mungkin dijumpai.
    3a) Beberapa penemuan hebat lain di LHC mungkin memindahkan carian SM Higgs dari muka depan untuk sementara waktu.

    Apa yang akan menjadi kebaikan dan keburukan senario yang berbeza ini?

    1) Jika SM Higgs dijumpai, itu akan menjadi penemuan bersejarah oleh LHC, yang mengesahkan Higgs paling mudah Model Standard. Yang mengatakan, dalam beberapa cara ia akan menjadi agak mengecewakan, kerana Model Standard meninggalkan banyak soalan penting dalam fizik zarah yang tidak dijawab, dan hanya dengan mencari kelemahan dalam persamaannya, kita mempunyai banyak harapan untuk menjawab soalan tersebut.

    2) Sekiranya SM Higgs dikecualikan, ini akan menjadi penemuan yang lebih bersejarah, menyiratkan bahawa Persamaan Model Standard tidaklah lengkap di LHC. Bagi kebanyakan fizik zarah, ini akan menjadi hasil yang lebih menarik! Akan ada peluang besar bagi LHC untuk mengajar kita sesuatu yang mendalam tentang sifat yang mungkin tidak kita curi pada masa ini, walaupun kita akan berada di tender tender, berpotensi untuk sementara waktu, tertanya-tanya sama ada data LHC akan memberikan jelas bimbingan tentang bagaimana untuk mengubah Model Standard, atau hanya memberi kita sedikit petua cadangan.

    3) Jika zarah Higgs bukan SM yang baru dijumpai, itu akan menjadi hasil terbaik ! Bukan sahaja kita akan melihat persamaan Standard Model gagal, kita akan mempunyai petunjuk langsung, dalam bentuk zarah baru, bagaimana untuk mula mengubahsuainya. Dalam kes ini LHC segera akan membantu kami untuk memulakan menulis bab baru dalam buku teks fizik zarah.

    3a) Dan jika sesuatu yang tidak dijangka terdapat dalam data LHC dalam masa yang sama, tidak ada yang akan mengeluh! Ini tentunya juga bermaksud kegagalan Persamaan Model Standard, dan petunjuk baru dalam misteri alam semula jadi.

    Anda mungkin menyedari bahawa dalam senarai ini terdapat benar-benar hasil yang tidak baik. Betul: selagi tidak ada masalah teknikal di LHC yang mengehadkan jumlah data yang dikumpulkan pada tahun 2012, kita berada dalam situasi yang tidak hilang dalam jangka pendek. Ini tidak berlaku dengan kerap! Dan inilah sebabnya mengapa begitu banyak keseronokan sekarang di lapangan. Kita tidak tertanya-tanya jika kita akan mendapat beberapa maklumat sejarah sepanjang tahun atau lebih, atau sama ada ia akan mengubah bidang fizik zarah. Kami hanya tertanya-tanya apa yang akan berlaku. (Tidak perlu dikatakan, kita semua mahukan fizik pemecut dan jurutera-jurutera pemecut di LHC, yang menjaga mesin berjalan dengan cekap, yang sangat, paling baik - dan ketika kita sedang melakukannya, mari kita mendengar yang besar pusingan tepukan buat mereka sekarang, kerana apa yang telah mereka capai pada tahun 2011!)

  • Satu ilustrasi yang sangat mudah tentang bagaimana Fasa 2 pencarian Higgs akan diteruskan, bergantung kepada hasil Tahap 1.
  • Tidak kira apa, Fasa 2 akan menjadi sangat penting untuk pencarian Higgs, yang akan memanjangkan mungkin selama sepuluh tahun melampaui Tahap 1. Jika Fasa 1 mendapati sesuatu yang kelihatan seperti zarah SM Higgs, Tahap 2 akan semua memeriksa butirannya dengan kepersisan tinggi. Zarah baru boleh dilihat pada mulanya seolah-olah itu adalah versi paling mudah dari kisah Higgs yang akan diramalkan, tetapi jika terperinci yang sedikit pun tidak dapat dilakukan, ia akan menunjukkan Higgs tidak begitu mudah selepas semua, yang akan menjadi giliran acara yang menarik. Jika sebaliknya Fasa 1 mengetepikan SM Higgs, maka banyak strategi pencarian baru akan dibawa, dan para eksperimental akan (secara kiasan) meminat seperti parti carian yang besar, mencari semua jenis jenis eksotik zarah Higgs. Juga - ingat bahawa tidak ada zarah Higgs, tetapi jika demikian, persamaan Model Standard tidak boleh benar - mereka akan meningkatkan usaha mereka untuk mencari banyak jenis zarah dan memaksa bahawa kita mungkin perlu menambah Model Standard untuk membuat persamaannya masuk akal sekali lagi, tidak ada apa-apa jenis zarah Higgs dalam alam semula jadi. Dan sekiranya zarah Higgs bukan SM ditemui dalam Tahap 1, Fasa 2 akan melibatkan semua strategi sekaligus, menghasilkan zarah Higgs baru dalam kuantiti yang banyak dan mengkaji secara terperinci, sambil mencari lebih banyak petunjuk tentang apa lagi yang hilang daripada persamaan Model Standard.

    Telah beberapa dekad sejak seketika dalam fizik zarah kelihatan cerah seperti beberapa tahun yang akan datang (operasi LHC yang sihat yang dibenarkan.) Kita telah melihat titik yang bertukar dalam bidang lain: projek genom manusia telah dijamin merevolusi genetik dan genomik, dan kajian terhadap sinaran latar gelombang mikro kosmik dijamin untuk mengubah pemahaman kita tentang alam semesta awal, selagi kaedah eksperimen berfungsi. Ini adalah pencapaian bersejarah besar yang memberi kehidupan baru kepada subjek-subjek; tetapi kita masih belum tahu sama ada yang sama ada untuk fizik zarah. Adakah kilat pemahaman baru yang disediakan oleh Fasa 1 cepat pudar, atau adakah ia akan mencerahkan masa subuh baru? Adakah persamaan Standard Model berfungsi dengan sempurna di LHC, memberikan kita kepuasan tetapi tidak ada petunjuk untuk pemahaman masa depan? Adakah persamaan gagal, tetapi dengan cara yang tidak jelas, meninggalkan kita tidak pasti bagaimana untuk membetulkannya? Atau kegagalan mereka menjadi jelas dan teliti, seperti yang telah berlaku bagi banyak set persamaan di hadapan mereka, membolehkan LHC, bersama mungkin dengan eksperimen lain, untuk memberi kita gambaran yang perlu untuk meneruskan pemahaman yang lebih mendalam mengenai alam semula jadi ?

    Hanya ada satu cara untuk mengetahui: jalankan percubaan, dan biarkan alam bercakap.

    Oleh itu, pastikan mata anda pada Fasa 1 dari carian Higgs kerana ia akan menuju ke kesimpulan sepanjang minggu dan bulan yang akan datang. Jika LHC berfungsi seperti yang diharapkan, tahun depan akan menjadi satu kenangan.


    Artikel Yang Menarik

    Menentang MHC Menarik?  (atau tidak)

    Menentang MHC Menarik? (atau tidak)

    Saya telah menyebut MHC sebelum ini; mereka menarik dari perspektif evolusi kerana mereka adalah salah satu lokus yang paling polimorfik pada manusia, mungkin disebabkan oleh peranan mereka dalam rintangan penyakit dan strategi "portfolio pelbagai" yang nampaknya optimum sepanjang jangka masa panjang (jenis seks seperti )

    Adakah Botox Running Amok dalam Jutaan Badan Rakyat?

    Adakah Botox Running Amok dalam Jutaan Badan Rakyat?

    Ia bukan hari yang baik untuk sesiapa sahaja yang berusaha untuk memenuhi jangkaan keindahan masyarakat yang tidak realistik. Pertama, Persatuan Penerbit Berkala British mengumumkan bahawa ia boleh membendung jumlah yang mengejutkan bagi airbrushing dan photoshopping (video) yang diperlukan untuk menjual majalah mereka

    Agar Pemenang Peraduan Seni Meningkatkan karya-karya dengan Mikroba

    Agar Pemenang Peraduan Seni Meningkatkan karya-karya dengan Mikroba

    Tidak peduli betapa cerah tirai mandi tirai anda, ia tidak dapat bersaing dengan kulat yang memenangi pertandingan Agar Art tahun ini. Ini adalah tahun ketiga Persatuan Mikrobiologi Amerika telah menjalankan peraduan itu, meminta "kerja-kerja yang berada di terasnya sebuah organisma (s) yang tumbuh di agar

    Kemaskini: Pertempuran Lebih Siapa Mendapat Nama Planet

    Kemaskini: Pertempuran Lebih Siapa Mendapat Nama Planet

    Khamis lepas, satu pasukan saintis yang bekerja dengan teleskop angkasa Kepler NASA menggambarkan tiga planet baru yang menarik yang mengelilingi bintang-bintang yang jauh. Mereka hanya sedikit lebih besar daripada Bumi dan orbit dalam "zon yang boleh dihuni" di mana suhu boleh menjadi tepat untuk air cair dan untuk kehidupan

    NCBI ROFL: Hello, world!  (sekali lagi)

    NCBI ROFL: Hello, world! (sekali lagi)

    Tolong izinkan kami memperkenalkan diri. Kami adalah dua pelajar PhD dalam Molekul dan Biologi Sel di UC Berkeley. Kembali pada bulan Mac sepuluh, kami memulakan blog kecil bernama "NCBI ROFL" di mana kami menyiarkan artikel saintifik yang sebenar dengan subjek lucu dari pangkalan data PubMed (yang ditempatkan oleh Pusat Kebangsaan untuk maklumat Bioteknologi, aka NCBI)

    Gen & budaya & susu

    Gen & budaya & susu

    Coevolution budaya gen adalah topik yang menarik bagi saya. Pertimbangkan pencernaan susu dewasa. Ia pelik, dan kelihatan seperti penyesuaian baru. Gen laktase telah berada di bawah pemilihan yang begitu kuat yang sering digunakan (atau rantau di sekelilingnya) sebagai kawalan untuk menguji sama ada kaedah baru untuk mengesan pemilihan sebenarnya berfungsi di mana kita fikir mereka harus bekerja