ATLAS видит отклонение, напоминающее заряженный бозон Хиггса

Ограничение сверху на сечение процесса, полученное в эксперименте ATLAS

Рис. 1. Ограничение сверху на сечение процесса \(g\bar{b} \to \bar{t}H^+ \to \bar{t}+t\bar{b}\), полученное в эксперименте ATLAS (черная ломаная), по сравнению с ограничением, ожидаемым в рамках Стандартной модели (пунктирная линия и цветные полосы) и в модели с заряженным бозоном Хиггса с массой 300 ГэВ (красная линия). График из статьи ATLAS Collaboration, 2015. Search for charged Higgs bosons in the H±tb decay channel in pp collisions at √s = 8 TeV using the ATLAS detector

Загадки LHC. Заряженный бозон Хиггса

Несмотря на то что «основной» бозон Хиггса был открыт еще три года назад, физики продолжают искать дополнительные хиггсовские бозоны, в том числе и экзотические. В частности, многие теории предсказывают существование заряженных бозонов Хиггса (H±), которые могли бы распадаться на кварки разных зарядов.

Экспериментальные данные уже накладывают некоторые ограничения на такие заряженные бозоны. Скажем, совсем легкие заряженные бозоны Хиггса легко рождались бы парами просто за счет взаимодействия с фотонами. А раз этого процесса не видно, то, значит, такие бозоны если и существуют, то не столь уж и легки. Другой вариант: при массе меньше 170 ГэВ заряженный бозон Хиггса мог бы появляться в распаде топ-кварка, но таких событий тоже не наблюдается.

Если масса H± превышает массу топ-кварка, то искать их уже труднее. В этом случае наиболее вероятным должно быть совместное с топ-кварком рождение заряженного бозона с его дальнейшим распадом на кварки: \(g\bar{b} \to \bar{t}H^+ \to \bar{t}+t\bar{b}\). Анализ такого процесса трудоемок, но возможен. В частности, еще этим летом коллаборация CMS выпустила подробный отчет о таких поисках; никакого отклонения тогда найдено не было.

На днях коллаборация ATLAS отчиталась о новом поиске заряженных хиггсовских бозонов (Search for charged Higgs bosons in the H±tb decay channel in pp collisions at √s = 8 TeV using the ATLAS detector). Для исследования была взята вся статистика первого сеанса работы коллайдера. Из нее отбирались события с одним лептоном и несколькими адронным струями, в том числе и b-струями. Для оптимального разделения сигнала и фона использовались сложные алгоритмы, комбинировавшие несколько кинематических переменных.

Общий результат исследования показан на рисунке. В рамках Стандартной модели ожидалось, что будут зарегистрированы только фоновые события, которые — в отсутствие заряженного бозона Хиггса — позволят установить ограничение сверху на сечение его рождения. Эти ожидаемые ограничения показаны на рисунке синей ломаной, а интервалы в одно и два стандартных отклонения отмечены цветными полосами (подробные пояснения относительно таких графиков см. в нашей старой новости Тэватрон скоро начнет «чувствовать» хиггсовский бозон, «Элементы», 19.05.2008).

Однако экспериментально полученные ограничения идут существенно выше этих ожиданий, причем во всей исследований области. Это означает, что в данных есть избыток событий, который трудно списать на фон. Статистическая значимость этого превышения составляет 2,4σ. Если его интерпретировать как проявление заряженного бозона Хиггса, то его масса получится в районе 250–450 ГэВ. Более точную оценку дать трудно, поскольку превышение наблюдается в очень широком диапазоне инвариантных масс.

Тот факт, что CMS в аналогичном поиске не видит сигнала и устанавливает более сильные ограничения сверху, заставляет относиться к этому результату ATLAS очень настороженно. Кроме того, теоретикам следует проверить, согласуется ли предположение о реальности этой частицы в той или иной модели с другими экспериментальными данными. В ожидании обновления этот результат можно пока вписать еще одним пунктом в длинный список более чем двухсигмовых отклонений от Стандартной модели, обнаруженных на LHC.


21
Показать комментарии (21)
Свернуть комментарии (21)

  • samara  | 29.12.2015 | 02:51 Ответить
    Ну по крайней мере форма "превышения" на этом графике очень странная.
    Ответить
    • samara > samara | 29.12.2015 | 03:35 Ответить
      Не увидел(в оригинальной статье) графика: вычтенные из фона события сигнала - энергия..
      то есть, там всё написано: и с чем там они работали, какие кандидаты выбрали, о том что дофига фона, и собственно из этого вывели ограничения...
      ну разве что со 16 страницы количество отобраных Н+ из 4j и >5j больше фоновых. На диаграммах сигнал-фон нигде ничего, всё сходится.
      Я не понял с чего они получили картинку этих ограничений(шестую).
      напомнило "нарисуй сову"
      Ответить
      • Игорь Иванов > samara | 03.01.2016 | 23:53 Ответить
        > Не увидел(в оригинальной статье) графика: вычтенные из фона события сигнала - энергия

        Если под «энергией» вы имеете в виду распределение по инвариантной массе tb, как на приведенном в заметке графике, то это трудно сделать, потому что из-за улетающего нейтрино трудно вычислить инвариантную массу подходящей системы. График в заметке — это ограничение на пространство теоретических моделей, а не ограничение на непосредственно измеряемые параметры.

        Если вас интересуют хоть какие-нибудь распределения, то см. например рис.3, где построено распределение по синтетической величине, которую выдает основанный на нейронной сети метод анализа BDT (boosted decision tree). Он оптимизирован так, что сигнал от заряженного хиггса должен расти с ростом BDT, что и показано розовой гистограммой. Вот тут видно, что данные в целом равномерно превышают результаты моделирования. И это действительно не очент сходится с сигналом от H+.

        > На диаграммах сигнал-фон нигде ничего, всё сходится.

        Сигнальная выборка — это >=5j(>=3b), т.е. как минимум пять струй, из которых как минимум три b-струи. Остальные выборки — это «контрольные группы». Там и не ожидалось отличий.

        > Я не понял с чего они получили картинку этих ограничений(шестую)

        Здесь показана сводка огромного количество проверок статистических гипотез. Типа, берем чистую СМ, добавляем H+ с некоторой массой и некоторым сечением рождения, делаем предсказания для рис.3, сравниваем с данными. Повышаем сечение до тех пор, пока данные не начинают сильно расходиться с этими предсказаниями. Говорим - ок, такое сечение и выше для данной массы закрыто. Повторяем для другой массы. И потом, наконец, строим все то же самое, но только не для реальных данных, а для многочисленных псевдоэкспериментов — так получаются желтая и зеленая полосы. Ну и финальный аккорд: видим, что данные не позволяют ограничить сечение так, как мы ожидали.
        Ответить
        • samara > Игорь Иванов | 05.01.2016 | 05:00 Ответить
          да, всё так.

          спасибо большое за ответ
          Ответить
  • aves  | 31.12.2015 | 00:33 Ответить
    да, пора открывать новый раздел на сайте про ребусы коллайдера
    Ответить
    • a_b > aves | 02.01.2016 | 10:01 Ответить
      Вы не поверите,
      http://elementy.ru/LHC/zagadki_lhc
      :)
      Ответить
  • samara  | 05.01.2016 | 05:00 Ответить
    (удалено)

    ув. editor, ну сделайте что нибудь с деревом коментариев...пожалуйста
    Ответить
    • editor > samara | 05.01.2016 | 05:08 Ответить
      В смысле, что непонятно, что к чему отосится?
      Ответить
      • niki > editor | 05.01.2016 | 14:44 Ответить
        Действительно, очень легко сделать ошибку. И нельзя ее исправить.
        Ответить
      • samara > editor | 06.01.2016 | 05:18 Ответить
        в смысле не видно иерархии дерева комментариев.
        проверил на fiefox 40.0.2; iexplore 8.0.6; Chrome 47.0.2526.73; Safari 537.36; давно всё слетело
        Ответить
        • Игорь Иванов > samara | 06.01.2016 | 13:03 Ответить
          У меня все нормально показывается.
          Ответить
          • samara > Игорь Иванов | 06.01.2016 | 23:58 Ответить
            http://s011.radikal.ru/i317/1601/7d/ffe539cd200a.jpg
            http://s008.radikal.ru/i304/1601/b3/68847139a48b.jpg
            так?
            Ну значит это дизайнерская задумка, а я подумал что это баг (типа от красных линий, которые были раньше слева, остались только концы)

            Просто раньше было намного намного лучше, когда слева линии показывали иерахию(какой ответ на какой), а отступ слева уровень - вложенности куста (я ели разглядел табуляцию в один символ).
            Ответить
            • Игорь Иванов > samara | 07.01.2016 | 02:02 Ответить
              У меня дерево комментов выглядит намного яснее: отступы больше и соединяются сплошными линиями. У вас как-то не так браузер обрабатывает страницу. У вас не отображается вертикальная палочка, вот этот рисунок: http://elementy.ru/images/eltdesign/f_line.gif
              И из-за этого все сдвигается.
              Ответить
              • samara > Игорь Иванов | 07.01.2016 | 18:15 Ответить
                да, очевидно это с браузерами
                но если у кого-нить аналогично, отпишитесь.

                вот баг репорт для editor с win7, чистый кеш..
                http://s017.radikal.ru/i424/1601/13/8f5126df6dc7.jpg
                Ответить
                • prometey21 > samara | 07.01.2016 | 23:41 Ответить
                  У меня Opera 34. И всё отображается нормально!
                  Ответить
              • Saniok > Игорь Иванов | 09.01.2016 | 22:28 Ответить
                Заранее сорри за оффтоп.

                Палочка не отображается т.к. она используется качестве фонового рисунка к пустой ячейке таблицы.

                Для большинства современных браузеров видимо придётся поколдовать в CSS

                у меня получилось так (FF и IE) http://s017.radikal.ru/i401/1601/7c/ae3bc61d1238.png
                Ответить
                • Gli4i > Saniok | 24.01.2016 | 23:38 Ответить
                  А можно подробнее, что именно подкрутить в FF? Хром нормально отображает.
                  Ответить
                  • Saniok > Gli4i | 25.01.2016 | 00:25 Ответить
                    Например при помощи аддона "Stylish"
                    Зайти на элементы/Найти стили для текущего сайта/Фикс для дерева комментариев/Install

                    или каким либо другим образом добавить в стили:
                    "td.content_3 td { min-width: 20px; }"
                    Ответить
                    • Gli4i > Saniok | 26.01.2016 | 14:58 Ответить
                      Спасибо!
                      Ответить
                      • samara > Gli4i | 28.01.2016 | 02:29 Ответить
                        Mне одному кажется что ненормально подкручивать браузеры под сайт, а не сайт под браузеры? wtf
                        Ответить
                        • Gli4i > samara | 28.01.2016 | 14:02 Ответить
                          :)

                          Это жизнь. Тем более — прошлыми версиями FF всё отображалось нормально, так что тут проблема браузера, а не сайта.
                          Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»