Khám phá hạt Higgs được củng cố thêm nhờ phân tích mới

Khám phá ra hạt Higgs hồi tháng trước đã dấy lên một cơn bão truyền thông nhưng nay boson Higgs còn được đảm bảo chắc chắn hơn nữa. ATLAS, một trong hai thí nghiệm chính đưa ra khám phá trên, đã tiến hành một phân tích hoàn chỉnh hơn nâng ý nghĩa thống kê của tín hiệu Higgs lên cao thêm.

Phân tích trên còn giúp phân loại hạt đó là một boson Higgs – mặc dù đây có chính xác là boson Higgs tiên đoán bởi mô hình chuẩn của ngành vật lí hạt hay không, hay nó là một hạt với những tính chất hơi khác một chút.

Hôm 4 tháng 7, hai máy dò hạt tại Máy Va chạm Hadron Lớn ở gần Geneva, Thụy Sĩ – CMS và ATLAS – công bố rằng cuối cùng họ đã tìm thấy boson Higgs được tìm kiếm lâu nay, mảnh còn thiếu cuối cùng của mô hình chuẩn và là hạt mang khối lượng đến cho tất cả những hạt khác.

Hạt Higgs không được phát hiện ra trực tiếp: một khi nó được sinh ra bên trong máy dò hạt, nó phân hủy nhanh đến mức người ta chỉ có thể nhìn thấy những hạt khác mà nó phân hủy thành. ATLAS và CMS chỉ nhìn thấy nó bằng cách tìm kiếm năm tập hợp hạt khác nhau, còn gọi là kênh phân hủy. Đối với một hạt Higgs thuộc một khối lượng nhất định, mô hình chuẩn dự đoán tốc độ phân hủy cho mỗi kênh.

Các nhà khoa học đã phát triển một mô phỏng xem phân hủy của hạt boson Higgs sẽ trông như thế nào. (DESY Zeuthen)

Hạt Higgs lạ

Thí nghiệm máy dò hạt CMS trình bày tốc độ cho cả năm tập hợp hạt: tốc độ hạt mới phân hủy thành những cặp quark bottom (đáy), quark tau, photon, boson W và boson Z. Phân tích của ATLAS thì kém toàn diện hơn. ATLAS chỉ đủ chắc chắn để trình bày bằng chứng cho hạt Higgs trong hai kênh: photon và boson Z.

Như thế vẫn chưa đủ cho mỗi thí nghiệm độc lập khẳng định một ý nghĩa thống kê 5 sigma, nghĩa có xác suất 5 phần 10 triệu tín hiệu đó là một quá trình nhiễu nền, chứ không phải một hạt mới.

Nhưng nay ATLAS vừa tiến thêm một bước theo hướng hoàn chỉnh phân tích của họ. Hôm 31 tháng 7, họ cho đăng một bài báo lên website bản thảo vật lí arXiv trong đó họ xét cả kênh boson W. Phân tích này làm tăng ý nghĩa thống kê của tín hiệu Higgs của họ lên gần 6 sigma, nghĩa là xác suất để tín hiệu họ quan sát thấy là do các quá trình nhiễu nền bây giờ 2 phần một tỉ.

Vừa cải thiện độ tin cậy ở kết quả ban đầu, những kết quả mới còn sẽ giúp các nhà vật lí xác định hạt đó có là boson Higgs như mô hình chuẩn tiên đoán hay không, hay nó là một cái gì đó lạ hơn. “Có khả năng nó không phải boson Higgs mô hình chuẩn,” phát ngôn viên ATLAS Fabiola Gianotti cho biết.

Đối tượng lạ

Kênh WW, như nó được gọi, không quan trọng cho sự phát hiện boson Higgs như hai kênh ATLAS đã trích dẫn hồi tháng 7. Nhưng nó là một trong những cơ sở quan trọng nhất cuẩ mô hình chuẩn, nó mang lại những tiên đoán đặc biệt về khả năng boson Higgs phân hủy thành boson W và boson Z.

“Về cơ bản, né sẽ chọc một lỗ thủng lớn trong cách giải thích hạt này là một loại hạt Higgs nếu tỉ số tốc độ hạt Higgs phân hủy thành W so với tốc độ hạt Higgs phân hủy thành Z không như tiên đoán,” phát biểu của Matt Strassler, một nhà vật lí lí thuyết tại trường đại học Rutgers ở Piscataway, New York. “Đó là tầm quan trọng của phép đo đó: nó kiểm tra cơ chế Higgs ở mức độ cơ bản nhất của nó.”

Bước tiếp theo cho ATLAS sẽ là kiểm tra hai kênh kia tìm những sai lệch khỏi mô hình chuẩn. CMS nhìn thấy ít hạt tau hơn mô hình chuẩn tiên đoán. Mặc dù ý nghĩa của sự lệch đó có thể không còn, nhưng nó đang làm khuấy trên sự tranh cãi rằng boson Higgs có thể lệch khỏi các tiên đoán của mô hình chuẩn – cái sẽ mở ra một cánh cửa mới bước sang những lí thuyết toàn diện, kì lạ hơn nữa của vũ trụ.

“Chúng tôi rất hứng thú muốn thấy ATLAS phải nói gì về điều đó,” Strassler nói. “Khi sai số trở nên càng nhỏ, khi chúng ta có thêm số liệu và thêm nghiên cứu, chúng ta sẽ có thể hiểu tố hơn các tính chất của hạt này, nó có là boson Higgs hay là một đối tượng kì lạ hơn nữa,” Gianotti nói.

CMS đã đăng một bài báo lên arXiv cùng ngày với ATLAS, nhưng phân tích của họ giống như phân tích đã trình bày hôm 4 tháng 7.

Tham khảo: Bài báo ATLAS: arXiv:1207.7214v1; bài báo CMS: arXiv:1207.7235v1

123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: New Scientist

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email

Thêm ý kiến của bạn