Moriond 2018: обновлена сводка свойств бозона Хиггса
На проходящей сейчас конференции Moriond 2018 в сессии, посвященной бозону Хиггса, экспериментаторы не только показали новые результаты по конкретным процессам, но и рассказали о том, как эволюционирует ситуация в целом. Так, в докладе D. Sperka, Measurement of the mass and other couplings in ATLAS and CMS были приведены сводные результаты по всем каналам рождения и распада бозона Хиггса, а также измерение констант связи бозона с различными частицами. Сводка хиггсовских результатов в данных ATLAS и CMS была также показана в первый день конференции Moriond QCD.
Результатов тут много, и нагляднее всего текущую ситуацию отражает иллюстрация на рис. 1. Здесь галочками отмечены взаимодействия, которые уже надежно видны в эксперименте и которые позволяют напрямую измерить константы связи. Они извлекаются как из пяти основных каналов распада бозона Хиггса, так и из измерения сечений рождения. На рис. 2 показана сводка измерения интенсивности хиггсовского сигнала относительно стандартных предсказаний в отдельных каналах рождения и распада по данным CMS. Видно, что все значения в пределах двух стандартных отклонений согласуются с единицей, то есть данные не противоречат Стандартной модели.
Рис. 2. Интенсивность хиггсовского сигнала относительно Стандартной модели в отдельных каналах распада (слева) и рождения (справа). Изображение из доклада D. Sperka, Measurement of the mass and other couplings in ATLAS and CMS
Табличками «work in progress» на рис. 1 отмечены те частицы, связь с которыми пока еще не отслеживается, однако работа в этом направлении продолжает вестись. Например, распад бозона Хиггса на мюонную пару очень редкий, его вероятность составляет всего 0,02%. Однако он хорошо отделяется от фона, поэтому коллайдер уже близок к тому, чтобы начать его чувствовать. В докладе A. Marini Rare decays of the Higgs boson with CMS были показаны нынешние предварительные данные CMS по этому распаду: ограничение сверху на его вероятность составляет всего 2,6 от ожиданий СМ. Напомним, что по результатам Run 1 ограничение было заметно хуже, оно превышало предсказание СМ в 7 раз. Можно ожидать, что к концу сеанса Run 2 появятся первые намеки на этот процесс, и они станут первой проверкой того, как бозон Хиггса связан с частицами второго поколения фермионов.
Связь с очарованными кварками (про нее мы писали в недавней новости), а также взаимодействие бозона Хиггса с самим собой, пока слишком трудны для извлечения. Предсказанные СМ значения станут доступны для измерения только через несколько лет, в режиме HL-LHC. Однако пытаться проверить эти процессы можно и сейчас, поскольку различные варианты Новой физики предсказывают здесь усиление относительно СМ.
Наконец, распады на легкие кварки, обведенные черным на рис. 1, пока выглядят совершенно неприступными. Вероятность распада на них очень мала, и вдобавок они совершенно теряются на огромном фоне от прямого рождения кварков, без бозона Хиггса. Однако тут есть «адронная лазейка» — распад бозона Хиггса не на кварки, а на готовый мезон, состоящий из этих кварков, в паре с фотоном. В декабре 2017 года коллаборация ATLAS выполнила поиск распада бозона Хиггса на такие комбинации (статья arXiv:1712.02758). Свидетельств в его пользу найдено не было, что при нынешней статистике и не удивительно. Были установлены ограничения сверху на его вероятность, но они пока в 50–200 раз выше предсказаний СМ. Это означает, что, даже при росте статистики и улучшении методов отбора таких событий, коллайдер еще не скоро начнет чувствовать эти распады.
Описанная выше картина может показаться со стороны очень удручающей. Измерения уточняются, а бозон Хиггса как был совершенно стандартным, так и остается, и никаких намеков на Новую физику в его свойствах не наблюдается. Однако внутри научного сообщества результаты последнего года-двух уже воспринимаются спокойно. Дело в том, что все модели Новой физики условно делятся на два больших класса: те, в которых нынешний бозон Хиггса сразу будет необычным, и те, в которых необычными будут новые бозоны Хиггса, а нынешний, напротив, и должен быть стандартным. Лет пять назад физики надеялись, что мы сразу же увидим нестандартные эффекты в хиггсовском секторе. Увы, этого не случилось. Значит, реальная ситуация относится ко второму классу. Конечно, остается открытым вопрос, как тогда искать отклонения от Стандартной модели, но это уже другая задача.
-
Если я правильно понимаю, стандартная модель идеально описывает всю табличку. И все клеточки заполнены. А она ее описывает или ограничивает? Может таблица расширяться? Например, если найдется следующая частица за тау это будет естественно, слом модели, или как?
-
Тут уже вопрос терминологических договоренностей.
Есть понятие «минимальная СМ»: это ровно три поколения, строго безмассовые нейтрино, и минимальных хиггсовский механизм.
Если добавить правые нейтрино или как-то иначе разрешить нейтринам приобретать массу, то одни говорят, что это уже не СМ (ура-ура, Новая физика), а другие предпочитают называть это nu-СМ.
А вот с добавлением новых поколений фермионов напряг. Если их добавить и считать, что они взаимодействуют по тому же принципу, что и первые три, то они должны быть массивны (иначе бы их давно увидели). Но раз их масса должна получаться за счет того же хиггсовского механизма, то константа связи получится очень большой, и как рассчитывать реакции с их участием, не очень понятно. А если убрать хотя бы одно из этих предположений, то это уже точно будет не СМ.
Так что правильнее всего считать, что СМ на этом и заканчивается. Если новые частицы будут обнаружены, это будет выход за пределы СМ.-
Подвернулся повод задать давно мучающий меня вопрос.
Если нейтрино имеют массу, значит они не могут распространяться со скоростью света, а всего лишь близкой к ней. Значит существуют инерциальные системы отсчета, в которых они покоятся или даже двигаются в противоположном направлении. Но при смене направления они должны сразу из левых превратиться в правые, разве нет? Таким образом путем не хитрого мысленного эксперимента мы должны приходим к выводу, либо нейтрино не имеют массы, либо бывают и правые и левые нейтрино.-
Здесь есть терминологическая небрежность, которая часто приводит к этой путанице.
В аккуратном (а не науч-поп) изложении КТП, «левый» и «правый» фермион означает «левый киральный» и «правый киральный», а вовсе не спиральность (т.е. проекцию спина на направление движения). Это очень разные вещи! Левое киральное нейтрино характеризует, условно говоря, материальную суть этого нейтрино. Вы можете ввести в теорию только одно левое киральное поле и написать взаимодействия только с ним.
Оно может даже приобрести массу, и тогда в разных системах отсчета у него будет разная спиральность. Но это получает не потому, что вы ввели новое правое киральное поле (как это происходит для электрона — там смесь двух киральных полей), а потому, что вы можете из того же самого левого кирального поля, через манипуляции с биспинором, построить правокиральную комбинацию. Общий биспинор будет содержать и левую, и правую компоненту, но они не являются независимыми, они выражаются друг через друга.
Это и называется майорановским нейтрино. Античастица к майорановскому нейтрино — это тот же биспинор, у которого поменяли местами левую и правую компоненты. Но поскольку они не разные, а выразаются друг через друга, мы снова получим то же самое нейтрино. Именно поэтому говорится, что майорановское нейтрино — само себе античастица.
А вот для электрона вводится изначально два киральных поля, две разные сущности, но с одинаковыми массами. Их удобнее всего разместить в виде левой и правой компонент биспинора, но, в отличие от нейтрино, эти компоненты — независимые друг от друга, ведь это были изначально разные поля. Поэтому античастица к электрону, в которой эти две компоненты переставлены, представляет собой уже другое поле (позитрон), а вовсе не тот же электрон.
Так понятнее?-
Игорь. Вы не поверите, но да. Так понятнее.
Если честно, я подозревал, что понятие "право" и "лево" носят не прямой физический смысл (вращение) а некоторое свойство получаемое математически, которое не зависит от движения. Как бы нейтрино не двигалось в результате математических преобразований мы будем получать один и тот же результат. К сожалению я так и не смог овладеть этой математикой (к своему стыду), основывающейся как я понимаю на теории групп. Освоил только начальные разделы. Хотя вроде с другими разделами математики все нормально. Может источники неудачные попадались. Спасибо за развернутый ответ.
Попробую задать второй вопрос. Почему электрон считают частицей, а не античастицей? Понятно что если терминологически поменять все частицы на античастицы ничего по сути не измениться. А что мешает это сделать только для лептонов? Ведь лептонные и барионные числа сохраняются. Т.е. все взаимодействия будут протекать так, что баланс между частицами и античастицами сохраняться. Зато тезису о доминировании вещества над антивеществом придет конец (при условии примерно одинакового лептонного и барионного вещества во вселенной). Подозреваю что ответ так же связан с киральностью. У электрона и протона она одинакова. Так?-
Про второй вопрос: это уже чистая терминология.
Предположим, электрон и антипротон будут считаться античастицами, а позитрон и протон — частицами. Это все равно не решает вопроса, почему возник дисбаланс между протонами и антипротонами, или почему возник дисбаланс между электронами и позитронами. Вопрос-то именно в этом.
-
-
-
А можно короткий вопрос: майорановские нейтрино в случае своего подтверждения должны заменить нейтрино из СМ или добавиться к ним? Ведь в СМ явно различаются нейтрино и антинейтрино, разве их различие еще не точно установлено экспериментально?
-
Простейшая форма существования нейтрино — это вейлевские нейтрино. Вейлевские нейтрино — самодостаточная конструкция, покуда они строго безмассовые.
Как только у нейтрино появляется масса, это заставляет нас доопределять нейтрино — либо до майорановского, либо до дираковского. Если мы доопределяем до майорановского, то ничего больше (для легких нейтрино) вводить не надо. Мы просто объявляем те нейтрино, которые мы знаем, майорановскими. При этом в теории могут добавляться дополнительные майорановские нейтрино, но только очень тяжелые.
Если мы доопределяем нейтрино до дираковских, это означает, что нам обязательно надо ввести еще и правые легкие нейтрино. В этом случае те нейтрино, которые мы знаем из эксперимента, это только половина реальных степеней свободы легких нейтрино. Ну и вдобавок могут еще существовать и тяжелые.
Электрослабые взаимодействия действительно по-разному взаимодействуют с нейтрино (они действуют только на левые нейтрино) и антинейтрино (действуют только на правые антинейтрино). Но это свойство исключительно электрослабого взаимодействия. Это ничего не говорит о том, существуют ли новые правые нейтрино или нет.
-
-
-
А как это разложение на биспиноры объясняет возможность изменеия лептонного заряда?
Хотя на Вики читал, что лептонный и барионный заряд хотя и сохраняются на большинстве экспериментов, закон об их сохранении не следует из какой либо симметрии (при применении теоремы Нётер).
Если не следует, значит и тот самый распад H -> tau + anti-mu возможен.
Это на пару кварков никак не произвести распад ни одной частице. Хотя нет, если совсем нарушать барионный заряд, то произведем распад типа
t -> 2 anti-b
Правда с барионным зарядом немного не понял, так как вижу в самом низу списка распад W-бозона на
1) протон + электрон;
2) протон + мюон.
-
-
Вообще-то весь этот проект про LHC на Элементах для этого и ведется. Вы полистайте странички и новости, я уже писал про новые бозоны Хиггса.
А можете и мой недавний обзор полистать: https://arxiv.org/abs/1702.03776-
Игорь спасибо за ссылку. Наверное интересно. Когда будет больше времени обязательно почитаю.
Ответ, по существу на тот-же вопрос, который задал niki, мне понятен. В собственной мировоззренческой модели мира есть объяснение трех поколений частиц. Второе и третье поколение частиц — это отголоски в нашем мире частиц, которые были стабильными в соответствующее время и в соответствующих вакуумах тех миров, которые были до большого взрыва. Поэтому поиск «хиггсов» для этих поколений частиц напоминает археологические раскопки и попытки реконструкции «стандартных моделей» тех миров. При этом «стандартные модели» и константы связи этих миров не обязательно должны совпадать.
-
Хотя нет, на что же тогда другое ему распадаться? Для обычного бозона распад на 4 частицы типа
mu + anti-tau + antu-nu_mu + nu_tau
отностится к области вероятности "за 100 лет меньше 1 события"? Или просто на общем фоне распада
H -> A + B -> m + a_tau + a_nutau nu_tau из любых A и B не выходит ничего выделить?
-
> Только я подозреваю, что у более тяжелых бозонов Хиггса хотя бы как-то заметная константа связи только с частицами t, Z, W (и видимо обычным H?). Наверное вероятность распада скажем заряженного на t + anti-b (если там именно заряд +1) будет ну очень низкой.
Эти подозрения ни на чем не основаны. Заряженных хиггсы цепляются к тем же кварковым парам, что и W. Их константы связи не универсальны и зависят от модели. Могут быть большие, могут маленькие. Вот мы как раз сейчас ограничиваем нашу недавнюю модель тем, что она предсказывает довольно большие константы связи относительно легких заряженных хиггсов, что вступает в противоречие с их поисками в канале t-->bH+, H+ --> c\bar{b}.-
Из страницы "Поиск бозона Хиггса":
"Заряженный бозон не найден; получено ограничение на сечение его рождения в области масс до 1 ТэВ."
Значит хотя бы какие-то ограничения на константу связи есть.
Или Вы имеете в виду, что может выйти, что у H+ константа связи с например c-кварком больше, чем с кварком b (или t), но просто она все равно такая малая, что нигде нельзя обнаружить процессы рождения/распада?
То есть когда процесс
t\bar{b} -> H+ имеет сечение меньше, чем даже
c\bar{b} -> H+, а второй процесс мы не видим на текущей статистике.-
Типа того. Я еще раз повторю: константы связи H+ с кварковыми парами (не с отдельным кварком, так неправильно говорить, а с кварковыми парами!) — выражается свою собственную матрицу, у которой может быть совсем другая структура.
-
А, я то думал, что там все намного проще.
Хотя стоп, я простой случай про обычный б. Хиггса думал. Что есть константа связи, это что-то вроде того факта, что в СГС например константу ЭМ взаимодействия сразу заносят в величину заряда.
Правда с экспериментальной проверкой скажем вероятности распада
H -> b + anti-s будут проблемы, так как по моему пониманию вероятность в сравнении с распадом H -> c + anti-c выйдет где-то в 2 раза меньше (+/- несколько с.о.).
Резюмирую - в свойства пока гипотетических частиц лезть не буду.
-
-
-
-
Приветствую и чуть добавлю.
Одна из цитат Альберта Эйнштейна, возможно,
не самая уместная:
03_"Теория — это когда всё известно, но ничего не работает.
Практика — это когда всё работает, но никто не знает почему.
Мы же объединяем теорию и практику: ничего не работает...
и никто не знает почему!"
https://tinyurl.com/y98tcmng
Большой знак вопроса - это скорее
рабочий момент...-
Существует поразительная возможность овладеть предметом математически, не поняв существа дела. /А. Эйнштейн/
-
-
Математик уже кое-что может, но, разумеется, не то, что от него хотят получить в данный момент. /А. Эйнштейн/
Математика - это единственный совершенный метод водить самого себя за нос. /А. Эйнштейн/ -
-
-
-
-
Граф или не граф - это не имеет особого значения. Это лишь вид математической интерпретации. Теория струн абстрактна, но разве она что-то предсказала конкретно для экспериментов на LHC. Критерий истины - научные эксперименты!
-
Мой комментарий не имел отношения к теории струн.
Тот факт, что некую задачу вышло решить для размерности 12 говорит лишь о том, что даже 12-мерное пространство в каких-то аспектах точно похоже на обычное для нас 3-мерное.
Факт того, что это граф мне приводил автор статьи для того, чтобы объяснить, почему для доказательства той теоремы не нужно было буквально выполнять операцию "Представим 12-мерный гиперкуб".
-
-
-
-
-
-
-
-
На массы нейтрино этой картинке обращать внимание не надо. Там заметено под ковер огромное количество оговорок. Лучше им было вообще не писать тут никакие массы.
Это уже много где объснялось, повторяться не буду. У (nu_e, nu_mu, nu_tau) нет никаких определенных масс, это суперпозиции состояний с определенными массами (причем очень легкими, как уже тут указали). Именно поэтому и происходят осцилляции — состояния с определенными массами не совпадают с состояниями с определенными ароматом.-
Мне кажется, что оценка параметра "разница квадратов масс" между поколениями нейтрино из осциляций дает куда меньшие ограничения на массу нейтрино, чем любые отдельные оценки типа m<= X.
Что-то вроде
m(nu_mu) < 10 эВ,
|m(nu_mu)^2 m(nu_e)^2|< 10 эВ^2.
Но возможно, что я использовал не самые свежие оценки масс нейтрино по отдельности.-
Разница квадратов масс ничего не говорит об общем масштабе масс. Пока непонятно, чему равен этот общий масштаб. Из космологии следует, что не более примерно 0,25 эВ. Есть первые намеки на то, что он в районе 0,1 эВ.
-
Я понимаю, что ничего не говорит разница квадратов. Я просто говорю, что мне казалось, что какие-то оценки (наверное действительно из космологии, ведь нуклеосинтез давал ровно 1 нейтрино на 1 изменение нуклона в реакции) дают например ограничение
m1 <= 0.3
А потом оценки по осцилляциям дают более СИЛЬНУЮ оценку, скажем...
А, стоп, Вы правы. Это можно было бы сравнивать, если бы факт наличия осцилляций говорил бы, что разницы квадратов масс БОЛЬШЕ 0.02 эВ^2.
Но факт осцилляций ведь точно говорит, что эта разницы строго больше 0?-
> Но факт осцилляций ведь точно говорит, что эта разницы строго больше 0?
Разность квадратов не просто больше, она измерена с высокой точностью. Обе разности квадратов трех масс.-
Значит как минимум, приналичии утверждения
0)|m1^2 - m2^2|>=X
мы точно знаем, что верно как минимум 1 из 2 утверждений:
1) m1 >= sqrt(X);
2) m2 >= sqrt(X).
Значит если какие-то оценки достигают уровня "m1 примерно равно sqrt(X)" или "m2 примерно равно sqrt(X)", то утверждени №0 нужно как-то с ними согласовать.
В первую очередь мне казалось, что оценки массы тау-нейтрино были более слабые (кэВы или даже единицы МэВ), чем подобный анализ по всем 3 разностям квадратов.
-
-
-
-
-
-
Никто не знает! Это одна и самых горячих тем в ФЭЧ. Построено уже несколько сот моделей возникновения масс нейтрино. Обычный Хиггс может тоже участвовать в этом процессе, но подавляющее большинство физиков считает, что им одним все не ограничивается. Почти наверняка это лазейка в Новую физику, но мы пока не можем разобраться, в какую.
-
Не переносящего массу, а обеспечивающего инертную массу.
Ну или так написано на страничке http://old.elementy.ru/LHC/LHC_results/higgs_study
"Поскольку хиггсовское поле придает массу всем фундаментальным частицам, возникает важная закономерность: чем массивнее частица, тем сильнее хиггсовский бозон с ней связан".
Новости науки: физика
Рис. 1. Текущее состояние по проверке связи бозона Хиггса с остальными частицами. Изображение из доклада D. Sperka, Measurement of the mass and other couplings in ATLAS and CMS