Sutra u 9 ujutro u Cernu ce zapoceti seminari sa najnovijim rezultatima o Higsovom bozonu. Seminare ce drzati Joseph Incandela sa Univerziteta Kalifornije iz Santa Barbare i Fabiola Gianoti iz Cerna. Joe je spokesperson CMS-a, Fabiola Atlasa. Spokesperson je prakticno glavni menadzer eksperimenta.
Ukoliko hocete da gledate direktno, probajte sledece:
1) Proverite na fizickom fakultetu ili Institutu u Zemunu (ako ste u Beogradu) da li ce organizovati prenos, posto cete u tom slucaju moci da pitate prisutne posle seminara sve sto vas zanima.
2) Pratite preko sajta: http://cern.ch/webcast
Ja sada ne mogu da kazem nista o sutrasnjem rezultatu, ali cu pokusati ovde ukratko da objasnim ponesto za one koji bi sutra da prate. Donji tekst je dosta pojednostavljen, namenjen pre svega onima koji jako malo znaju, ali bi voleli da razumeju o cemu se to radi.
Dakle sutrasnji rezultati ce ili iskljuciti postojanje Higsovog bozona, ili potvrditi postojanje neke nove cestice. Ukoliko se postojanje Higsovog bozona iskljuci, to znaci mnogo u nasim pokusajima da razumemo svet oko nas. Naime, teorija, Standardni model, koja opisuje nas svet, odnosno cestice materije i njihove interakcije predvidja postojanje Higsove cestice koja objasnjava kako cestice dobijaju masu. Ukoliko se Higsova cestica iskljuci, moracemo da pronadjemo drugo resenje. To cak ne znaci ni da Standardni model nije dobra teorija, posto mi vec znamo da je to samo aproksimacija.
S druge strane, ukoliko se sutra pokaze postojanje neke cestice, to jos nece znaciti da je to Higsov bozon. Mada ce novinski naslovi tako pisati :). Naime, da bi cestica bila Higsov bozon, ona mora imati sve osobine koje predvidja Standardni model, naprimer jacina interakcije sa drugim cesticama zavisi od mase, tako da kad znamo masu, znamo i jacinu interakcije i mozemo da je izmerimo. To zapravo znaci da, ukoliko se potvrdi postojanje nove cestice, tek sledi novi posao na merenju njenih karakteristika, i to moze da potraje godinama.
Sada, sta cete videti sutra :). Oba govornika zapocece sa opisom detektora. Oba detektora su klasicni detektori koji se koriste u fizici sudaraca (kolajdera). Cilindricnog su oblika, i izgledaju kao lutka babuska. Manji detektori su u sredini, onda ih okruzuju veci. Dole sam postavila linkove gde mozete da vidite i razne animacije. Kroz centar detekotora (kroz osu cilindra) prolazi linija snopa, i to dolazi do interakcije. Osa cilindra je z-osa, dok su x i y normalne, jedna je usmerena ka centru prstena LHC-a, druga nadole, ka centru zemlje.
Kad smo kod osa, da definisemo I koordinatni sistem. Umesto klasicnog, Dekartovog koordinatnog sistema (x,y,z) koristi se modifikovani cilindricni koordinatni sistem. U normalnom cilindricnom koordinatnom sistemu, ose su “ro”, “phi” i “z”. “ro” je jacina vektora, “phi” ugao u ravni normalnoj na osu cilindra, “z” normalno “z”. U fizici cestica modofokacija je u sledecem. Umesto “ro” koristi se transverzana komponenta (u ravni normalnoj na osu). Kako se mere impulsi I energija, vektor je vektor impulsa. Transverzalna komponenta se obelezava kao pT (ovo T treba u subscript) Umesto “z” se uvodi takozvana pseudorapidnost: eta=-ln(tg theta/2).
Sledeci sloj je detektor za tragove. Naime, odavno je poznato da se putanja naelektrisanih cestica zakrivljuje u magnetnom polju. Kada cestice dodju do detektora, one interaguju (ostave otisak ili trag). Te tacke interakcije, tragovi, se onda koriste da se rekonstruise putanja cestice.
Detektor za tragove, ili unutrasnji detektor je napravljen od materijala koji moze da razlikuje dva traga koja su jako blizu jedan drugom. Najcesce su napravljeni od silicijuma.
Iza detektora za tragove nalazi se magnet, obicno solenoid. Kao sto sam vec napisala, naelektrisane cestice skrecu u magnetnom polju, i skretanje je vece ukoliko je pT manji. Odnosno cestice sa velikim pT najmanje skrecu u magnetnom polju. Tako se na osnovu rekonstruisane trajektorije moze izmeriti pT cestice. Takodje se mogu razlikovati pozitivne I negativne cestice.
Sledeci sloj detektora je kalorimetar, i on meri energiju cestice. Obicno postoje dva, elektromagnetni i hadronski. Electromagnetni meri energiju cestica koje ce interagovati elektromagnetnom silom, svih naelektrisanih cestica, mada je najefektniji kod najlaksih, elektrona, i fotona (nosilac elektromagnetne interakcije. Ovi detektori se prave od razlicitih materijala, a rade po vrlo jednostavnom principu. Najcesce jedan od materijala ima veliki atomski broj. Kada u ovaj detektor udje naelektrisana cestica, recimo elektron, ona emituje foton. Taj foton se onda, u prisustvu materijala, raspadne na elektron i pozitron, koji onda opet emituju foton. Tako se formira tzv. elektromagnetni tus (shower). Pritom, te cestice gube (ostavljaju) energiju u kalorimetru, koju mi onda merimo.
Drugi deo kalorimetra je hadronski, i on detektuje cestice koje interaguju nuklearnom silom, naprimer protone I neutrone.
Poslednji deo detektora je mionski detektor. On cesto ima I svoj magnet, posto su mioni isti naelektrisani. Kako su tezi od elektrona, oni ostave relativno mali deo energije u kalorimetru. Njih merimo na osnovi tragova koje ostave u mionskom detektoru.
Inace, da ne bude da ne radimo nista, u izgradnji detektora pomeraju se granice tehnologije, I mnogi uredjaji koje danas koristimo posledica su razvoja nekoh detektora.
Sledece sto ce govornici pokazati je koliko je podataka sakupljeno. Jedinica koju mi koristimo je luminoznost, u principu broj cestica koji prodje kroz jedinicu povrsine u jedinici vremena. Dakle, sto jeveca luminoznost, vise cestica ce biti proizvedeno.
Ovde cu preci na to kako se ove cestice proizvode, raspadaju, i sta mi vidimo i merimo. Da bi napravili cesticu odredjene mase u laboratoriji, a akcelerator je nasa laboratorija, mi treba da sudarimo dve cestice na visokoj energiji. Sto je veca masa te cestice, potrebna nam je veca energija. LHC je 2011 sudarao protone od koji je svaki (u snopu) nosio 3.5 TeV (Terra electron volti), znaci energija sudara bila je 7 TeV. U 2012, energija protona je podignuta na 4 TeV, pa je energija u centru sudara 8 TeV. Medjutim, protoni su kompozitne cestice, sastoje se od kvarkova, ali i od cestica pomocu kojih ti kvarkovi interaguju, gluona. Te cestice se nazivaji partoni (to nije nova cestica, vec deo kompozitne cestice koji ustavri ucestvuje u interakciji odnosno sudaru). Ako proton nosi 3.5 ili 4 TeV, parton ce nositi samo deo. Zbog komplikovane strukture protona, nije poznato koliko energije nosi koji parton, vec samo verovatnoca da ce parton “A” nositi X%. Najveca verovatnoca je da ce kvarkovi nositi oko 15%, gluoni oko 45%.
Posledica toga je da mi ustvari ne znamo kolika je energija u centru sudara. Ovo je dosta bitno, posto mi koristimo zakon o odrzanju energije kada pokusavamo da rekonstruisemo dogadjaje. Sada cemo da se podsetimo da nasi snopovi protona prate osu cilindra naseg detektora, odnosno krecu se duz “z” ose. To znaci da je ulazni impuls u ravni normalnoj na osu jednak nuli, pa znaci I totalni impuls posle sudara u toj ravni treba da je nula. Na to cu se vratiti kasnije.
U sudaru dve cestice A i B, cestica C ce biti proizvedena sa odredjenom verovatnocom. Ta verovatnoca zavisi od mase cestice C, energije koju nose cestica A i B, kao i jacine interakcije izmedju cestica A, B i C. Mi definisemo presek (cross section) kao efektivnu povrsinu u kojoj moze doci do sudara za kreaciju cestice C, sto je manji presek, manja je I verovatnoca da ce se cestica C kreirati. Kako izgledaju preseci u zavisnosti od energije u centru mase za razlicite procese mozete videti ovde:
Onaj cudni prekid je prelaz sa Tevatrona, odnosno sudaraca protona i anti protona, na LHC koji sudara protone sa protonima. Dve uspravne isprekidane linije su gde je Tevatron radio, I gde LHC treba da radi kad se dostigne zeljena energija. Znaci, ako pogledate linije za preseke, vidite da se na jednog Higsa proizvede oko 100 top kvarkova, ali I oko 10 hiljada W bozona. Mi pokusavamo da nadjemo tog jednog Higsa u moru ovih ostali cestica.
Dalje, sve cestice, osim elekrona i protona (i neutrina) se raspadaju pre ili kasnije. Za mione je to dosta kasnije naprimer, i oni prolaze kroz detektor netaknuti. Neke se raspadaju odmah, naprimer Higsov bozon. Kako on interaguje sa masivnim cesticama, i jacina interakcije je manje vise proporcionalana toj masi, I kad se uzme u obzir cinjenica da masa Higsovog bozona treba da bude dovoljno velika da se raspadne na dve cestice odredjene mase, verovatnoca da ce se Higs raspasti u cesticu A i A' ( A' je sada anticestica od A) se moze videti na ovoj slici:
Dakle za male mase Higsa, najveca verovatnoca je da ce se raspasti na dva b-kvarka, koji je najtezi od lakih cestica, dok je za vece mase najveca verovatnoca da se raspadne u dva W bozona. Iako sam napisala da se Higs ne raspada na cestice bez mase, primeticete na slici malu verovatnocu I za raspad na dva fotona. To se u ovom slucaju desava preko drugih cestica, o slucaju fotona, Higs se najcesce raspadne na dva virtuelna (Virtuleni znaci da nema masu W bosona, ali kako je ta interakcija, gde se Higs raspadne na dva W bozona dozvoljena, to se ipak desi) W bozona, izmedju njih se formira jos jedan, i pritom se emituju dva fotona.
Fotoni se lako detektuju u detektoru, nema traga, ali ostavi energiju u kalorimetru. Procesi u kojima se proizvedu dva fotona imaju ogroman presek. Ali kad se Higs odredjene mase, recimo 120 GeV (mi pretpostavljamo da je c=ћ=1) raspadne na dva fotona (ili bilo koje druge dve cestice) mi mozemo da rekonstrisemo masu cestice majke, Higsa u ovom slucaju. Ako pogledamo kako izgleda masa sistema dva fotona od Higsa, ona ce izgledati ovako (ovo je objavljeno u Decembru prosle godine):
Veoma uska rezonanca na odredjenoj masi.
Dok ce oni ostali procesi da mnogo vecim presekom izgledati ovako (gornja crvena puna linija):
Isprekidana linija je onaj signal odozgo, crne tacke su podaci skupljeni detektorom.
Slicna rezonanca bi se mogla videti u slucaju raspada Higsa na dva Z bosona. Kad se raspadne na dva b-kvarka, ta rezonanca je mnogo sira. Postoje dva razloga, oba uzrokovana prirodom b-kvarka. Naime, ovaj kvark zivi taman toliko da se raspadne par milimetara daleko od ose detektora. Kako je kvark, raspada se na nove kvarkove, koji onda formiraju “dzet”, odnosno mnostvo cestica koje kasnije detektor izmeri. Ukoliko uporedimo energiju pocetne cestice koja je napravila dzet i dzeta, ta razlika je daleko veca nego kod fotona na primer. Samim tim i izmerena masa dva dzeta koji poticu od jedne cestice je “sira”. Drugi razlog, ovde manje bitan, je sto je jedan od proizvoda raspada b kvarka i neutrino, cestica koja ne interaguje skoro ni sa cim. Tako da mu ne znamo energiju. Kako u jednom dogadjaju mozemo imati vise neutrina, nama ce deo energije (impulsa) da nedostaje. To zovemo nedostajuca energija (missing energy). E sad, ako se setimo zakona o odrzanju energije (impulsa), I kako znamo da je u transverzalnoj ravni ulaz bio nula, znaci I totalni izlaz treba da je nula. Pa mi ovu nedostajucu energiju mozemo da izracunamo posto ona mora da bude jednaka ukupnoj energiji svih vidljivih cestica. Jedini problem je sto, ako imamo dva neutrina, ne znamo koliko je koji doprineo. To neznanje problem je I kad se Higs raspadne u dva W bozona, posto se oni odmah raspadnu u elektron I neutrino ili mion I neutrino. U tom slucaju uopste ne mozemo da rekonstruisemo masu majke cestice, odnosno Higsa.
To cete, manje vise, sve videti sutra.
E sad rezultati. Sacekajte i gledajte. S obzirom da ce biti prisutno dosta laika, novinara, ambasadora i ostalih vipovaca, skoro sam sigurna da ce oba govornika taj deo da objasne veoma lepo
Dosta se moze naci I ovde:
ATLAS: http://atlas.ch/
CMS: http://cms.web.cern.ch/
Cestice za pocetnike (moguce je i da ima prevod na srpski, ja nisam uspela da ga otvorim): http://www.particleadventure.org/