Cấu trúc chi tiết của máy bay phản lực hadron giúp phân tích các loại quy trình mới • Igor Ivanov • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • Máy dò CMS, Tìm kiếm Vật lý mới

Cấu trúc chi tiết của máy bay phản lực hadron giúp phân tích các loại quy trình mới.

Hình 1. Hadron phân rã của cố định (bên trái) và bay nhanh (bên phảia) quark hàng đầu. Trong trường hợp đầu tiên, nó có thể dễ dàng nhận ra bởi ba vòi phản ứng hadron, trong trường hợp thứ hai, chúng hợp nhất thành một máy bay phản lực rộng, trong đó quark top khó xác định mà không cần thêm nỗ lực. Ảnh từ gla.ac.uk

Tại Large Hadron Collider, trong số những thứ khác, tìm kiếm đang được tiến hành cho các hạt giả định mới được dự đoán bởi các mô hình Vật lý mới khác nhau. Những hạt này có thể phân rã theo nhiều cách khác nhau: ví dụ, thành một số hạt đã biết, và chúng có thể phân rã thành các hadron. Việc tìm kiếm các hạt mới trong loại quy trình này, khi máy dò chỉ thấy một số lượng lớn các hadron và không có “móc nối” khác, là một nhiệm vụ vô cùng khó khăn. Thật vậy, trong va chạm proton, nhiều hadron được sinh ra bởi chính chúng, không có các hạt trung gian (các quá trình này được gọi là "nền"). Rất khó để nhìn thấy một cây kim trong kim “hadron haystack” (trông cũng giống hệt nhau!).

Tất nhiên, nếu chúng ta tính đến năng lượng và xung của hadron, thì tình hình sẽ cải thiện một chút. Nếu một hạt nặng vỡ ra trên các hadron, thì các hadron này không bay theo các hướng tùy ý, nhưng tạo thành các dòng nhỏ hơn hoặc ít hẹp hơn – các tia hadron.Ví dụ, quark top, nặng nhất của các hạt đã biết, trong hầu hết các trường hợp rơi vào ba máy bay phản lực hadron, thường được hướng theo các hướng khác nhau (Hình 1, bên trái). Các thuật toán tính toán đặc biệt có khả năng tự động nhận diện các tia trong hỗn hợp hadron đã được phát triển và được sử dụng rộng rãi trong một thời gian dài. Nhờ đó, các sự kiện có hạt nặng có thể dễ dàng nhận thấy.

Tuy nhiên, có một cạm bẫy. Nếu quark hàng đầu bản thân tôi bay ở tốc độ gần như ánh sáng, sau đó các hadron phát sinh từ phân rã của nó cũng sẽ bay cùng nhau theo cùng một hướng. Tất nhiên, có những máy bay phản lực hadron riêng biệt ở đây, nhưng chỉ khi chúng khác biệt rõ ràng với nhau trước đây, bây giờ chúng hợp nhất. Có "nhìn" tại một sự kiện như vậy, thuật toán sẽ hợp nhất tất cả các hadron vào một dòng và không nhận ra quark đầu trong nó (Hình 1, bên phải).

Sự bất lực của các thuật toán truyền thống để nhận biết các hạt tương đối nặng trong các sự kiện như vậy làm cản trở việc khai thác thông tin mới từ các quá trình đa phôi. May mắn thay, một vài năm trước đây lý thuyết và sau đó công việc tính toán đã được bắt đầu, cho phép một phần khắc phục vấn đề này.Bản thân ý tưởng là hoàn toàn tự nhiên – không chỉ nhìn vào máy bay phản lực hadron mà còn tìm kiếm các chi tiết đặc trưng trong chúng, được xác định cấu trúc phụ. Điều này rất dễ nói nhưng khó thực hiện. Các thuật toán đáng tin cậy chỉ xuất hiện vào năm ngoái và các nhóm thử nghiệm đã áp dụng kỹ thuật này khá gần đây.

Hình 2 Một trong những quy trình đã được tìm kiếm trong các bài báo đang thảo luận. Một hạt nặng giả định được sinh ra trong một vụ va chạm của các gluon. Xmà ngay lập tức chia thành hai Z-boson. Một trong số họ chia thành cặp lepton-antilepton, thứ hai thành cặp quark-antiquark, sau đó biến thành hai máy bay phản lực hadron. Vì Z-boson bay ở tốc độ gần như ánh sáng, hai máy bay phản lực này hợp nhất thành một. Hình từ bài viết CMS Collaboration, 2014. Tìm kiếm các cộng hưởng lớn phân rã thành các trạng thái bán lepton ở sqrt (s) = 8 TeV

Gần đây, hai bài viết về sự cộng tác CMS (arXiv: 1405.1994 và arXiv: 1405.3447) xuất hiện trong kho lưu trữ các bản in điện tử, cho biết về nghiên cứu được thực hiện bằng kỹ thuật này. Cả hai bài báo đều đề cập đến việc tìm kiếm các hạt nặng giả định, trong số các sản phẩm phân rã có các boson W hoặc Z. Một ví dụ về quá trình mong muốn được thể hiện trong hình. 2. Phân tích này được thực hiện cho các hạt giả định rất nặng X, với khối lượng lên đến 3 TeV, lớn hơn nhiều so với khối lượng của các boson W hoặc Z (chỉ 0,1 TeV).Do đó, các boson rất tương đối, có nghĩa là tất cả những khó khăn được mô tả ở trên liên quan đến phân rã hadron của chúng.

Sự hợp tác đã sử dụng thông tin mới được cung cấp bởi cấu trúc con của máy bay phản lực hadron để tách tín hiệu mong muốn tốt hơn khỏi nền. Sau khi xử lý tất cả các dữ liệu thu thập được trong năm 2012, hóa ra không có sự dư thừa đáng kể nào của tín hiệu trên nền. Như thường lệ trong các trường hợp như vậy, một kết quả âm tính cho phép những hạn chế mới về khối lượng của các hạt giả định này được thiết lập (tức là, ngay cả khi các hạt đó tồn tại, khối lượng của chúng không thể nhỏ hơn giới hạn nhất định). Nói chung, các tác phẩm này đã chứng minh được lời hứa về một kỹ thuật mới: việc sử dụng cấu trúc con của các vòi phản ứng hadron thực sự giúp chống lại hậu cảnh trong các quá trình đa phôi.


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: