科学的なゴースト ストーリーでは、米国の原子粉砕機が、閉鎖から 3 年半後に重要な科学的貢献を果たしました。科学者たちは、イリノイ州バタビアのテバトロン衝突型加速器が、有名なヒッグス粒子の性質に関する新しい詳細を提供したと報告しています。この粒子は、物理学者が他の素粒子がどのように質量を取得し、標準と呼ばれる理論でピースを取得するかを説明する鍵となります。モデル。新しい結果は、別のアトムスマッシャーで発見されたヒッグスが標準モデルの予測に正確に適合するというケースを補強します.
ヒッグス粒子の性質を調べるための「これは非常に興味深く重要な論文です。なぜなら、これは別のメカニズムだからです」と、キングス カレッジ ロンドンと CERN の理論家で、研究には関与していない John Ellis は言う。 「これがテバトロンの白鳥の歌です」と彼は言います。
イリノイ州バタビアのフェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) にある、長さ 7 キロメートルのリング型コライダーであるテバトロンは、1983 年から 2011 年 9 月まで稼働しました。ヒッグス粒子のヒントが見られましたが、実際に粒子を発見することはありませんでした。その栄誉は、スイスのジュネーブ近郊にあるヨーロッパの素粒子物理学研究所である CERN の 27 キロメートルの長さの原子粉砕機である大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) で働く物理学者に贈られました。彼らは 2012 年 7 月に発見を発表しました。
LHC の物理学者がヒッグスを発見するとすぐに、その質量を突き止めました。125 ギガ電子ボルト、つまり陽子の質量の約 133 倍です。しかし、この粒子には他にも特徴的な性質があります。すべての基本粒子と同様に、ヒッグス粒子には固定された量子化された量の角運動量またはスピンがあります。また、パリティと呼ばれる対称性の性質も持っています。これは、偶数または奇数のいずれかであり、たとえば、ヒッグスが他の粒子に崩壊する方法に影響を与えます。標準モデルによると、ヒッグスはスピンがゼロで正のパリティを持つはずです。ただし、観測された粒子がゼロ スピンと負のパリティ、または 2 単位のスピンと正のパリティを持つ可能性があると考えられます。ヒッグスがそのような風変わりな「スピンパリティ」を持っていれば、多くの物理学者は興奮するだろう.
実際、LHC によって供給される 2 つの最大の粒子検出器 (ATLAS と CMS と呼ばれる大規模なデバイス) で作業している実験者は、ヒッグス粒子がスピンがゼロでパリティが偶数であることを高い確度ですでに示しています。そのために、彼らは、ヒッグス粒子が光子のペアや Z ボソンと呼ばれる巨大な粒子のペアなど、おなじみの粒子に崩壊することを研究しました。これらの出現した娘粒子の角度分布から、物理学者は親ヒッグスのスピンとパリティを決定することができました.
テバトロンのデータを扱う研究者たちは、別の方法を取りました。ヒッグス粒子の崩壊を研究する代わりに、彼らは Z ボソンまたは W ボソン (弱い核力を伝達する粒子) と並んで生成されたヒッグス粒子の兆候を探しました。文字 . （ヒッグスは、ボトムクォークと反ボトムクォークとして知られる粒子のペアに崩壊すると想定されていました。）研究者は、ヒッグスとそのパートナーのエネルギーと運動量から、ペアの不変質量と呼ばれる量を計算しました。ヒッグスとパートナーが 1 つの親粒子の崩壊から生まれた場合、この量はその親の質量になります。実際には、ヒッグスとそのパートナーは粒子衝突のカオスから直接出現するため、親粒子は純粋に仮説にすぎません.
それにもかかわらず、その仮説上の親粒子の質量を計算することにより、研究者はプロキシによってスピンとパリティのさまざまな組み合わせをテストすることができました。ヒッグスが標準モデルの特性ではなく「エキゾチックな」スピンパリティを持っていた場合、観測された不変質量はより高くなります。そのため、Tevatron から供給される 2 つの粒子検出器 (CDF と D0) を使用する研究者は、そのような高不変質量対を探しました。何も見つからなかったため、彼らはヒッグスのより厳密にエキゾチックなバージョンを除外しました。そのため、テバトロンの物理学者はヒッグス粒子を決定的に観測したことはありませんが、その特性に限界を設けることができました.
技術的には、テバトロンの新しい限界は、LHC 実験によって設定された限界よりもわずかに強いと、D0 に取り組んでいる Fermilab の物理学者 Dmitri Denisov は述べています。しかし、CERN の Ellis は、ATLAS と CMS がすでに本質的に問題を解決していると述べています。
実際、テバトロンの研究者たちは、ヒッグスのスピンとパリティについて LHC の対応物をすくい取る機会を逃した、とエリスは言います。 LHC の研究者がヒッグスを発見してからわずか数週間後、エリスと同僚は論文で、Tevatron チームがヒッグスのスピンとパリティをテストするための「ファストトラック」を取るために、アーカイブされたデータに不変質量技術を適用する方法を説明しました。技術的な理由から、テバトロンは陽子と反陽子を衝突させたのに対し、LHC は陽子と陽子を衝突させたため、この技術は LHC データよりもテバトロン データでより感度が高いと彼らは説明した。しかし、最終的に、CDF と D0 チームのメンバーが LHC の作業に取りかかるため、テバトロンの分析はゆっくりと進みました。 「この結果は、私たちが望んでいたように 1 位というよりも、やや「私たちも」という性格を持っています」とエリスは言います。
Denisov は、人員不足が進歩を妨げていることに同意します。彼は、ヒッグスが発見される前でさえ、アイデア全体を試すことができた可能性があると述べています。
テバトロンでのヒッグス研究については、「基本的にこれです」とデニソフは言う。その間、LHC で研究している物理学者は、ヒッグスの他の特性をより高い精度で調べることを目指しています。特に、彼らは、ヒッグス粒子がよりよく知られている粒子のさまざまな組み合わせに崩壊する速さを数パーセント以内で測定し、それを標準モデルの予測と比較したいと考えています。研究者によると、作業には約 15 年かかるはずです。
