ヒッグス粒子が存在しなかったら、素粒子物理学者はどうしていただろうと思ったことはありませんか? 2 年前にヒッグス粒子を爆発させた原子粉砕機 (スイス、ジュネーブ近郊の欧州素粒子物理学研究所 CERN で 55 億ドルの大型ハドロン衝突型加速器 (LHC)) を起動する前でさえ、研究者は、それが見つからなければ、切望された採石場、それは完全な災害ではありません.ヒッグスが存在しないのであれば、特定の通常の粒子相互作用が代わりに混乱し、ヒッグスがなくても自然が何をしていたのかを示唆するはずだ、と彼らは言いました。現在、LHC の物理学者は、WW 散乱として知られている「負けない」定理のまれな相互作用を発見しました。
「わくわくしています」とドイツのテュービンゲン大学の理論家バーバラ・イェーガーは言う。もちろん、物理学者はヒッグスの存在を知ったので、WW 散乱が異常になるとは思っていません。しかし、科学者はこの分野の一般的な標準モデルの予測からの逸脱を探すため、新しい物理学の探求において重要な役割を果たす可能性があります.そのアプローチは、ヒッグス自体の研究を補完するだろう、と Jäger は言う.
ヒッグス粒子は、陽子と中性子を構成する電子やクォークなどのすべての素粒子がどのように質量を得るかについて物理学者が説明する鍵となります。理論家は、質量のない粒子が量子場と相互作用するのは、真空中に「仮想的に」潜んでいるヒッグス粒子からなる電場のように少し似ていると考えています。これらの相互作用は、各タイプの粒子に一定量のエネルギーと、アインシュタインの有名な方程式 E =mc のおかげで、質量を与えます。
粒子を巨大にするのは大変な作業のように思えるかもしれません。しかし、それは、一種の放射性崩壊の原因となる弱い核力を伝える W ボソンと Z ボソンと呼ばれる粒子に関する大きな問題を回避します。これらの粒子の重さは、それぞれ陽子の 86 倍と 97 倍です。しかし、標準モデルの数学では、理論家は単純に W と Z に質量を挿入することはできません。なぜなら、弱い力が最初にどのように発生するかを説明する重要な数学的対称性が損なわれるからです。フィールドと相互作用する質量のない粒子から開始することにより、ヒッグス機構はその対称性を維持しながら、W と Z をそれらの質量に耐えます。
この関係は、ヒッグス粒子を見つける代わりに WW 散乱が重要であったことも説明しています。 2 つの陽子が衝突するとします。まれに、一方の陽子のクォークと他方のクォークがそれぞれ W ボソンを放射します。これらの W ボソンは、互いに直接衝突するか、他の量子粒子を交換することによって、互いに跳ね返る、つまり散乱する可能性があります。量子の奇妙さのおかげで、2 つの W がヒッグスを交換するプロセスは、互いに跳ね返ったり、Z を交換したりするプロセスを相殺します。これは、池で波打つ 2 つの波が互いに打ち消し合うことができるのと同じです。その干渉により、WW の散乱率が低く保たれます。
ただし、ヒッグス粒子が存在しない場合、WW 散乱の速度は、特定の衝突エネルギーを超えると急上昇するはずです。実際、そのような衝突の確率は 100% を超えるはずです。 「ヒッグス粒子が存在しない場合、確率が 100% を超えることはないとわかっているため、ヒッグス粒子で何かが起こらなければならないことはわかっていました」と、ブルックヘブン国立研究所 (ニューヨーク州アプトン) の物理学者である Marc-André Pleier は言います。 LHC によって供給される 4 つの巨大な検出器の 1 つである ATLAS で作業する 3000 人の実験者のうちの 1 人。そのため、物理学者は、WW 散乱の速度の増加に加えて、新しい効果が発生するはずだと予測しました。たとえば、W の軌跡における斬新で明らかな相関関係です。
現在、Pleier とその同僚は、Physical Review Letters の印刷中の論文で説明しているように、WW 散乱の証拠を発見しました。 . 1.5 千兆回の陽子と陽子の衝突のうち、ATLAS の研究者は WW 散乱の 34 のインスタンスを発見しました。 Pleier 氏によると、信号はまだ明確な発見を主張するほど強くはありませんが、標準モデルと一致しているようです。競合する CMS 検出器を持つ物理学者も、WW 散乱の証拠を持っている、と Pleier は言います。
WW 散乱は、超対称性と呼ばれるスキームによって予測されるような新しい粒子を調べるために使用できます。 W は、そのような粒子を交換することによって互いに跳ね返り、標準モデルの予測から散乱を変更する可能性があります。しかし、標準モデルを拡張するさまざまな方法は、WW 散乱のさまざまな変化を予測していると、ハンブルグのドイツ電子シンクロトロン (DESY) 研究所の理論家である Jürgen Reuter は述べています。そのため、物理学者は最初に、最も有望な信号を特定して探索する必要があると彼は言います。
