Βρέθηκαν στοιχεία απευθείας διάσπασης του μποζόνιου Higgs σε φερμιόνια

Για πρώτη φορά επιστήμονες από το πείραμα CMS στον LHC του CERN πέτυχαν στα ευρήματα στοιχεία διάσπασης του μποζόνιου Higgs σε δυο φερμιόνια. Προηγουμένως το σωμάτιο Higgs μπορούσε να ανιχνευθεί μόνο δια μέσου της διάσπασης σε δυο μποζόνια.

Από τους επιστήμονες θεωρείται πως αυτό είναι ένα κύριο βήμα «εμπρός», επειδή σύμφωνα με τον καθηγητή Vincenzo Chiochia του Ινστιτούτου Φυσικής της Ζυρίχης, «τώρα γνωρίζουμε ότι το σωμάτιο Higgs μπορεί να διασπαστεί και στα δυο, μποζόνια και φερμιόνια, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να αποκλειστούν ορισμένες υποθέσεις που προβλέπουν ότι το σωμάτιο Higgs δεν οδηγεί σε φερμιόνια». Ως ομάδα στοιχειωδών σωματίων τα φερμιόνια συγκροτούν την ύλη, ενώ τα μποζόνια δρουν ως φορείς αλληλεπιδράσεων μεταξύ των φερμιονίων.

Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) της σωματιδιακής φυσικής, η ένταση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των φερμιονίων και του πεδίου Higgs πρέπει να είναι ανάλογη με τη μάζα τους. «Αυτή η πρόβλεψη επιβεβαιώθηκε», δήλωσε ο Chiochia, «μια ισχυρή ένδειξη ότι το σωμάτιο που ανακαλύφθηκε το 2012 πραγματικά συμπεριφέρεται όπως προτείνεται από τη θεωρία για το σωμάτιο Higgs».

Οι ερευνητές ανάλυσαν τα δεδομένα που συνέλεξαν στο LHC μεταξύ των ετών 2011 και 2012, συνδυάζοντας τις διασπάσεις του Higgs σε bottom quarks και tau leptons, και τα δυο να ανήκουν στην ομάδα των φερμιονίων. Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ότι μια συσσώρευση από αυτές τις διασπάσεις συμβαίνει σε ένα σωμάτιο Higgs με μάζα κοντά στα 125 GeV (γιγα-ηλεκτρονιοβόλτ) με στατιστική σημαντικότητα των 3,8 σ. Αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα να οφείλεται μόνο στη διακύμανση του υποβάθρου είναι περίπου μια στις 14000. Στη σωματιδιακή φυσική μια ανακάλυψη κρίνεται ότι επιβεβαιώνεται από μια σημαντικότητα 5 σ.

Τρεις διαφορετικές διαδικασίες μελετήθηκαν όταν οι ερευνητές ανάλυσαν τις διασπάσεις του Higgs σε ταυ σωμάτια. Επειδή το σωμάτιο Higgs έχει εξαιρετικά σύντομο χρόνο «ζωής», δεν μπορεί να ανιχνευτεί απευθείας, αλλά μάλλον μόνο μέσω των προϊόντων των διασπάσεων. Τα bottom quarks και τα ταυ έχουν ωστόσο αρκετά μακρύ χρόνο «ζωής» για να μετρηθούν απευθείας στον ανιχνευτή του πειράματος CMS.