Рубрики Двухфотонный пике советы, которые отображаются более четко, имеет все шансы стать крупнейшим открытием в области физики элементарных частиц за последние десятилетия. Ситуация прояснится уже совсем скоро, этим летом, и близость развязки поддерживает ажиотаж. В ожидании новых данных, теоретики продолжают ломать голову над тем, какая версия Новая физика может быть спрятана за это отклонение. Мы представляем краткий обзор того, какая информация и какие объяснения сейчас самый популярный.
Начнем с обязательными оговорками. Всплеск двухфотонных событий в области масс-750 Гэв, который видел, как крупнейшие детектора большого адронного коллайдера, Atlas и CMS, может быть Фантом. Может быть, это банальная статистическая вариация, так хорошо вместе, а также детекторы, или непойманные, до тех пор, пока отверстие в алгоритмах обработки данных. Этот пик или нет — мы пока не знаем. Но если это все-таки реальное проявление новой физики, то имеет смысл начать уже сейчас понять, что это такое, что он может скрываться.
О чем говорят данные
Давайте перечислим сухие факты. На фиг. 2 Для удобства просмотра атласа двухфотонного данные накапливаются в 2015 году заседание запустить 2. Это явно видно превышение над фоном площадью 750 Гэв. Аналогичную информацию, хотя и с чуть меньшей статистической значимости, является и CMS. И наконец, несколько советов в этой сфере, вы можете не угадать, и данные были собраны в 2010-2012 годах в ходе сессии запустить 1 энергия столкновения 8 Тэв. Для получения дополнительной информации об этих измерений см. в новости таинственный двухфотонного пик наступает все сильнее.
Рис. 2. Распределение событий по инвариантной массы двух фотонов согласно АТЛАСУ. Расписание презентаций М. Валдес, 2016. Diphoton поисковых запросов в системе «атлас»
Эти графики вместе с другими данными дают первое представление о двух-Фотон-волна.
- Пик распределения инвариантных масс двух фотонов попадает на землю 740-760 Гэв.
- Данные атлас пик выглядит довольно широк: ее Ширина составляет от 20 до 120 Гэв, более точную оценку дать трудно. Данные CMS также предпочитают узкий резонанс, с шириной до 10-20 Гэв.
- Количество мероприятий, можно оценить сечение рождения гипотетические частицы с последующим распадом на два фотона. Информация на энергии 13 Тэв Тэв дает σ13 ≈ 5-10 ФБ, данных запустить 1 на энергии 8 Тэв показать, сечение σ8 Тэв ≈ 0,5–1 ФБ.
- Нейтральной частицы рождаются при столкновении протонов и распадается на два фотона. Так что он определенно взаимодействовать с фотонами и глюонами или кварки. Но это нейтральная частица, а это значит, что он действительно должен взаимодействовать с другим, и, видимо, он имеет некоторые новые частицы.
- Другие каналы распада (форсунки, топ-кварки, тяжелые бозоны и т. д.) это резонанс при 750 Гэв не видно. Это означает, что общение других известных частиц не может быть слишком сильным.
Некоторый процесс, который создает двух-фотонного сигнала, пока не известно. На фиг. 3 показаны некоторые теоретики изучали варианты двух-фотонного происхождения взрыва. Самый естественный вариант выглядит как бозон Хиггса, который является рождение скалярных частиц с (спин ноль) при слиянии двух глюонов и его распада на два фотона (первая Диаграмма на рис. 3). Разновидности одного и того же процесса: когда частица рождается в кварк-антикварк столкновения или когда его спин не равен нулю и занявший второе место. В этом процессе масса частицы . ‘ы позиция совпадает с двухфотонной пик.
Рис. 3. Основные варианты появления двух-фотонный взрыв. Расписание презентаций А. бренчать рукописные, 2016. Толкование 750 Гэв дигамма слишком много: отзывы
Еще один возможный вариант рождения тяжелее родитель частиц Р, которая затем распалась пара новых частиц легче: Р , и знаком ых. В данном варианте двух-фотонного сигнала, что видели детекторы, проходя через час. Его напарник, Р распадов частиц темной материи, которые в силу чрезвычайно слабого взаимодействия с обычным веществом, улетит, и не фиксируется детекторами.
Есть и более экзотические возможности, также на снимке. 3. Например, тяжелый скалярных частиц с распадается на фотоны не являются, и некоторые новые, очень легкие частицы, Π, которое, как нейтральный ПИ-мезон может распадаться на фотоны. Поскольку Π-частицы света, фотоны от распада летят очень близко друг к другу, расчета одну ячейку калориметра и вызвать ответ, который детектор обрабатывает сигнал от одного фотона.
Минимальный анализ
Перечисленные выше различные кусочки информации складываются в интересную картину, создать, где вы даже не нужно прибегать к специальным теориям. Поясним это простейший механизм, показанный на первом графике на картинке. 3.
Как известно, Ширина резонансов является их продолжительность жизни: чем шире резонанс, тем быстрее она ломается, и, следовательно, тем сильнее он взаимодействует с другими частицами. В этом случае Ширина играет решающую роль: если пик действительно широк, как этот атлас показывает, что новая частица является необходимым распадаться на что-то другое.
Объяснить, как этот вывод следует, мы берем ширину распада в определенный канал Ф , И разделите массу частицы: потрясающая = ΓФ /М. Безразмерная величина кр характеризует, насколько сильно новая частица-это «вместе», где из множества частиц, Ф. Общение с фотонами и глюонами не один, а значение поперечной резки может вам xgg·хТТ ≈ 6·10-8. Но большой размер ширины резонанса (берем среднее значение атлас-Γ = 45 Гэв) предполагает, что число потрясающая во всех каналах распада должна быть около 0,06. Так это может произойти только тремя способами:
- двухфотонные ширины большой, хТТ ≈ 0,06, и два-глюонной связанных состояний мала. Другими словами, частица рождается очень неохотно, но он распадается главным образом на фотоны, и они достоверно зарегистрированные. Однако, чтобы организовать такую сильную связь, нейтральной частицы с фотонами очень сложно.
- большая Ширина двух-глюонного государств, связанных и двухфотонно — маленький. Частицы, рожденные в большом количестве, но вероятность его распада на два фотона мала. Чтобы устроить это, в принципе, можно, но тогда нужно идти в сильный упадок той же частицы в двух глюонов. Этот распад был бы виден как резонанс двойной струей событий, но данные намека на это не видно. Nenalezena топ двойной струей событий ограничения: xgg < 0,0015.
- самый естественный вариант: в дополнение к двух-фотонного распада и двух-глюонного государства обязаны существовать и распадаться на какие-то другие частицы, либо уже известным или новым и невидимым, как частиц темной материи. Распад в основном их, но мы их не видим, потому что есть все предпосылки результаты.
Снова делает оговорку: надо менять механизм по умолчанию от рождения, потому что результаты меняются. К сожалению, это неизбежно: при отсутствии других экспериментальных данных, интерпретация пика сильно зависят от предположений.
За дополнительной информацией обращайтесь опорного сечения от 8 до 13 Тэв. Через разрез, растет с увеличением энергии протонов, но, как сильный рост будет зависеть от механизма родов (Рис. 4). Если частица рождается в столкновении тяжелых глюонов или B-кварки, σ13 Тэв/Тев σ8 должно быть равным примерно 5. Если механизм зарождения сезон легких кварков или фотоны, вам — в 2-2,5 раза. Тем не менее, данные показывают сильный контраст с данными запуска 1 и запуска 2 раза по 10-15. Если при столкновении тяжелых кварков или глюонов, эти цифры могут быть еще больше снижены друг с другом, openjaw статистической флуктуации, остальные механизмы рождения — это серьезный аргумент против. Это, в частности, закрывает наивное предположение о том, что ответ может быть объяснено чисто Фотон рождения.
Рис. 4. Одномоментного роста переход от 8 до 13 Тэв для разных механизмов рождения частиц, с массой до 2 Тэв. Горизонтальные линии показывают нужные коэффициенты Atlas и CMS-детекторы, позволяющие компенсировать разность между яркостью накопленные в этих энергиях. Расписание презентаций А. бренчать рукописные, 2016. Толкование 750 Гэв дигамма слишком много: отзывы
Однако, здесь тоже достаточно, чтобы изменить механизм рождения по умолчанию — и выводы на поплавок. Например, если процесс родов — как вторая Диаграмма на рис. 3, то, с точки зрения детектора, двухфотонный сигнал похож, но выиграл сечение σ13 Тэв/Тев σ8 можете легко прыгать на десять и выше, потому что это зависит от массы частиц П. В этом варианте, кстати, очень важно привести. Когда частицы темной материи не зафиксировано, детектор должен увидеть неожиданный дисбаланс в поперечном импульсе. Экспериментаторы, однако, любого сильного дисбаланса не вводит в заблуждение. Вы можете обойти эту проблему, вы можете установить однако модель является несколько искусственным. В любом случае, изучение кинематических распределений и, в частности, для поиска потерянных поперечного импульса является важным шагом для будущей программы исследований этом саммите. По предварительным оценкам, что распределение следует рассматривать прежде всего в одной из последних статей, описывающих тоже 750 Гэв diphoton.
Описательные модели и их прогнозы
Теперь Спайк история, с примесью теории и модели.
В физике элементарных частиц существует два подхода к описанию странный эффект. Вы можете попробовать найти место для новой частицы , частности, тщательно выстроенной теории, или может ограничиться описательной конструкцией, в которой все взаимодействия являются параметризованные внимательно, но не глубокие выводы пока не сделаны. В первом случае мы делаем «камнем преткновения», и если удача улыбается на нас, мы можем столкнуться, что же теория, которая реализуется в мире. Во втором случае, мы работаем на широком фронте, но пока не получил ответы на интересующие вопросы.
Конкретные модели, которые можно описать как двух-фотонную вспышку 750 Гэв, предложил уже несколько сотен, и перечислить их все напрасно. Так что мы просто упомянем несколько вариантов, чтобы проиллюстрировать, как широкое поле возможностей, теперь рассмотрим теоретиков.
Соседи электрослабого взаимодействия
Первая история начинается с того, что Фотон является по сути не произвольных частиц, и «продукт» Хиггсовский механизм. Этот механизм смешивает оригинальный нейтральных частиц в новые сочетания, которые кажутся нам как фотона, Z-бозона, Хиггса бозон (Рис. 5). Поэтому, если новая частица «уважения» к теории электрослабого взаимодействия, и, таким образом, раскладывается на два фотона, его тоже распаде других частиц: ЗЗ, Зи, и может быть, пару ЖВ.
Рис. 5. Суть механизма Хиггса — смесь сырых частиц в определенных сочетаниях, одним из которых является Фотон. Изображение с сайта quantumdiaries.org
Распада этих пар частиц вполне поддаются подсчету. Если мы предположим, что частица 750 Гэв цепляется за фотонного поля, Б (красный шарик на фиг. 5) затем разрушает другие каналы, чтобы получить слабый. Есть только шанс увидеть ее распад Эль, да и то только еле-еле. Если новая частица, чтобы почувствовать все электрослабого поля, так что все гораздо веселее. Затем распадаются на пары WW-это в 40 раз больше, вероятно, и ZZ в 12 раз чаще, чем фотоны. Теперь эти распады пока не видно просто потому, что они более трудно отличить от фона, но детекторы будут силы, чтобы заметить их в следующем году.
Виртуальные частицы в петли
Вторая часть головоломки: кто обеспечивает общий нейтральных частиц с фотонами и глюонами? Самый естественный ответ: цикл виртуальных заряженных частиц почувствовать сильное взаимодействие. Первое подозрение падает на топ-кварка — но он тут же был вынужден отказаться. Если топ-кварка предусмотрена такая сильная связь, что новая частица разобьет прямо на вершине antitop-пару сотен тысяч раз легче, чем фотоны. И у нас топ-кварк рождается, этот эффект не виден.
Рис. 6. Петля, частицы, укажите ссылку на новой частицы с фотонами и глюонами
Поэтому, чтобы ответить на эти петли нужны новые частицы, например. новые тяжелые кварки, М (Рис. 6). Но есть еще один подвох. Взаимодействие этих частиц настолько сильна, что выходит за рамки традиционного подхода и может быть описана как теория вмешательства. В этом случае, открыть множество эффектов: связанные состояния, многие резонансы и так далее. В общем, теория по своей сложности начинает напоминать обычного сильного взаимодействия — но только для других «игроков», так и очень больших масс. И самое главное для нас в этой ситуации, ожидать, чтобы найти новых частиц и явлений в ближайшие годы.
Внутри резонанс
Третья история связана с тем, что скрыто внутри резонанса. Когда «атлас» объявил, что главная показать широкие, многие исследователи обнаружили, что это действительно может оказаться не один, а несколько близких по массе частиц малой толщины. Единственный показатель, потому что он не достаточно хорош для разрешения энергетических, а не разделять их на отдельные пики. Это сразу решает эту проблему, которая является сильной связью, так как каждая из этих частиц имеет небольшую ширину, и, следовательно, не обязан взаимодействовать с кем-либо слишком сильно. Возможно также, в какие новые частицы могут нести большой электрический заряд. Вероятность распада частицы s, чтобы два фотона пропорциональна четвертой степени эквивалентных частиц циркулирующего в контуре. Таким образом, Вы можете избежать сильной связи.
Наличие нескольких частиц с близкими массами, это не удивительно. Новые частицы, часто присутствуют в моделях парами или даже целыми семьями. Часто они имеют схожую массу. Это связано с тем, что один параметр теории, чтобы предоставить им общие масштабы масс, а во-вторых, слабее, что приводит к небольшим различиям. Интересная реализация этой возможности в рамках суперсимметричных моделей приведен в статье 750 Гэв Diphoton лишнее из Голдстино супер партнер.
Существует также список публикаций, где предполагается, что новая частица является составной. Аналогия кварк-антикварк образуют мезон, новая частица может быть связанное состояние двух тяжелых частиц. В этом случае, опять же, аналогия с-мезонов, естественно ожидать не одного, а нескольких государств, связанных тесными массами. Они отвечают тем же пары частиц, но только в разных возбужденных состояниях и, следовательно, различной энергией.
Детали конструкции зависят от предположений о том, как новая сила, которая связывает частицы вместе. Один из самых простых вариантов, на основе аналогии с чармония системы, описанные в статье еще в 1974 г.: М-ония. На фиг. 7 это пример того, как можно отобразить спектр этой системы. В этой конструкции, легкий государство имеет спин ноль, и это может быть связано с фотонами и глюонами. Но эта модель предсказывать больший резонанс, который можно найти чуть больше энергии, а не только двух-фотонного канала.
Рис. 7. Возможный спектр связанных состояний из Q-анти-М пара масса новых фермион 420 Гэв. Рисунок Ж. Ф. Kamenik, М. Реди, 2016. Еще в 1974 году: М-ония
Не один резонанс
Четвертый рассказ, в котором мы кратко упоминали выше, является предположение, что то, что мы видим не банальный резонанс, как слева на картинке. 3, но что-то более сложное. Если в каскаде распада более тяжелых частиц, таких как вторая схема, приведенная на рис. 3, распределение инвариантной массы двух фотонов был бы топ, и Клин (Рис. 8). Статья 750 Гэв Diphoton излишки обязательно означает, 750 резонанс Гэв этой гипотезы была проанализирована с использованием различных вариантов распада, и при удачном выборе параметров модели сошелся с данными.
Рис. 8. Описание всплеск в данных атлас клиновидной формы сигнала (синяя линия), которые обусловлены каскад распаде тяжелых частиц. Рисунок в статье в. С. чо с соавт., 2016. 750 Гэв Diphoton Излишки Обязательно Означает, 750 Резонанс Гэв
Анкеты двухфотонного резонанса
На следующей неделе большой адронный коллайдер планируется возобновить набор данных. Летом будем заготавливать новую порцию статистики, хотя бы сопоставимые суммы. В августе, на международной конференции ICHEP 2016 будут объявлены новые результаты, касающиеся двух-фотонный взрыв. И не исключено, что уже тогда физики элементарных частиц прорыва выпрыгнул на сцену, ищет новую фазу физики в своих исследованиях.
В преддверии этих потенциально революционную информацию, физиков разработали перечень вопросов, двухфотонный резонанс, ответы, которые оказывают существенное влияние на теоретическое объяснение.
- Какая ширина и профиль резонанса? Нет, если есть два или более близко расположенных пиков?
- Как сечение творения зависит от энергии? Каков механизм рождения частиц? Если есть дисбаланс в поперечном импульсе этих событий?
- Что это за спин частиц равен нулю или в два?
- Они показывают все остальные каналы (ВВ, ЗЗ, Зи, ЧЧ, кварк, лептон) в этом диапазоне масс?
- Видимым для других процессов, где новые частицы, такие как свежее рождение, или поделиться им с кем-то еще? Например, появившаяся несколько дней назад, в статье Дигамма, что дальше? показывая на основе детального анализа, что таких процессов может быть, лучше понять природу новых частиц.
Кроме того, «допрос» пик двухфотонной физики, конечно, удесятиренные энтузиазмом искать другие новые частицы. Первая массовая атака теоретиков показывает, что наиболее естественными моделями являются те, где нагрузка на ее пик при 750 Гэв, есть кто нибудь, — цены, всячески взаимодействовать с, но может быть достаточно тяжелым. Наконечник других частиц может быть несколько дней, чтобы переформатировать досье новой частицы.
Ну, научно-исследовательская программа в общих чертах понятно. Мы просто должны дождаться августа результаты.
Источники:
1) Роберто Франческини соавт. Что такое гамма-гамма-резонанса при 750 Гэв? // е-принт сайте:1512.04933 [хеп-рН].
2) Алессандро Рукой Бренчать Написано. Толкование 750 Гэв дигамма слишком много: обзор // доклад, представленный на конференции moriond в 2016 обзор теоретических возможностей.
См. также:
1) список всех публикаций двухфотонного пик при 750 Гэв.
2) Diphotons: обновление морион, данные-анализ блога физики Мэтт.
Игорь Иванов