CMS ஒத்துழைப்புடன் ஹிக்ஸ் போசானின் வாழ்நாள்

ஹிக்ஸ் போஸான் நீண்ட நேரம் இருக்காது. துகள் மோதலில் ஈடுபட்டவுடன், துகளானது ஒரு வினாடிக்கு பில்லியனில் ஒரு டிரில்லியன் பங்கிற்கும் குறைவாக அல்லது இன்னும் துல்லியமாக 1.6 x 10^-22 வினாடிகளுக்கு மட்டுமே வாழ்கிறது. கோட்பாட்டின் படி, அதாவது, இதுவரை சோதனைகள் துகள்களின் வாழ்நாளின் மதிப்பின் மீது வரம்புகளை அமைக்க அல்லது ஒரு பெரிய நிச்சயமற்ற தன்மையுடன் இந்த பண்பை தீர்மானிக்க மட்டுமே முடிந்தது. ஒரு புதிய ஆய்வில், CMS ஒத்துழைப்பு துகள்களின் ஆயுட்காலத்திற்கான மதிப்பை வழங்குகிறது, இது ஹிக்ஸ் போசானுக்கு இவ்வளவு குறுகிய ஆயுட்காலம் உள்ளது என்பதை உறுதிப்படுத்த போதுமான நிச்சயமற்ற தன்மையானதாக உள்ளது.

ஹிக்ஸ் போசானின் வாழ்நாளை அளவிடுவது துகள் இயற்பியலாளர்களின் விருப்பமாக உள்ளது, ஏனெனில் வாழ்நாளின் சோதனை மதிப்பானது துகள்களின் இயல்பை நன்கு புரிந்துகொள்வது மட்டுமல்லாமல், அந்த மதிப்பு கணித்த மதிப்புடன் பொருந்துகிறதா இல்லையா என்பதைக் கண்டறியவும் அனுமதிக்கும். கணிப்பில் இருந்து ஒரு விலகல், மாதிரியால் கணிக்கப்படாத புதிய துகள்கள் அல்லது சக்திகளை சுட்டிக்காட்டலாம், இதில் ஹிக்ஸ் போஸான் சிதைவடையும் புதிய துகள்கள் அடங்கும்.

ஆனால் ஹிக்ஸ் போசானின் வாழ்நாளை அளவிடுவது எளிதல்ல. ஒன்று, கணிக்கப்பட்ட ஆயுட்காலம் நேரடியாக அளவிட முடியாத அளவுக்கு மிகக் குறைவு. சாத்தியமான தீர்வு என்பது நிறை அகலம் எனப்படும் தொடர்புடைய பண்பை அளவிடுவதை உள்ளடக்குகிறது. இது வாழ்நாளுக்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகும் மற்றும் துகள்களின் நிறை 125 GeV ஐச் சுற்றியுள்ள சாத்தியமான நிறைகளின் சிறிய வரம்பைக் குறிக்கிறது. ஆனால் இதுவும் எளிதானது அல்ல. ஏனெனில் ஹிக்ஸ் போசானின் கணிக்கப்பட்டுள்ள நிறை அகலம் மிகவும் சிறியதாக இருப்பதால் சோதனைகள் மூலம் எளிதில் அளவிட முடியாது.

குவாண்டம் இயற்பியல், பெயரளவு மதிப்புக்கு சமமான அல்லது நெருங்கிய நிறை கொண்டு உற்பத்தி செய்யப்படுவதைத் தவிர, ஹிக்ஸ் போஸான் போன்ற ஒரு குறுகிய கால துகள் பெயரளவு மதிப்பை விட மிகப் பெரிய நிறையுடன் தயாரிக்கப்படலாம். இருப்பினும் இது நிகழும் முரண்பாடுகள் குறைவாக உள்ளன. இந்த விளைவு-உண்மையில் துகள்களின் நிறை அகலமும் ஹைசன்பெர்க்கின் நிச்சயமற்ற கொள்கை எனப்படும் குவாண்டம் விந்தையின் வெளிப்பாடாகும், மேலும் இந்த பெரிய நிறை அல்லது “ஆஃப்-ஷெல்” ஹிக்ஸ் போஸான்களின் உற்பத்தி விகிதத்திற்கு இடையேயான ஒப்பீடு ஆகும். “ஆன்-ஷெல்”-உடன், ஹிக்ஸ் போசான்கள் ஹிக்ஸ் போசானின் நிறை அகலத்தைப் பிரித்தெடுக்க பயன்படுத்தப்படலாம்.

Large Hadron Collider (LHC) இரண்டாவது ஓட்டத்தின் போது CMS பரிசோதனையால் சேகரிக்கப்பட்ட தரவுகளை பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம், குறிப்பாக ஹிக்ஸ் போஸான்கள் இரண்டு Z போஸான்களாக மாறுகின்றன, அவையே நான்கு மின்னூட்ட லெப்டான்கள் அல்லது இரண்டு மின்னூட்ட லெப்டான்கள் மற்றும் இரண்டு நியூட்ரினோக்களாக மாறுகின்றன. CMS குழு, அவர்களின் புதிய ஆய்வில் பயன்படுத்தப்பட்ட முறை இதுவாகும். ஆஃப்-ஷெல் ஹிக்ஸ் போஸான்களின் உற்பத்திக்கான முதல் ஆதாரத்தைப் பெற்றுள்ளனர். இந்த முடிவில் இருந்து, 1000 இல் 1 மட்டுமே புள்ளியியல் ஃப்ளூக் ஆகும். CMS குழு ஹிக்ஸ் போசானின் வாழ்நாளான 2.1 x 10^-22 வினாடிகள், மேல்/கீழ் நிச்சயமற்ற தன்மையுடன் -22 வினாடிகளுடன் (+2.3/-0.9)x10-ஐப் பெற்றது. இந்த மதிப்பு, இன்னும் துல்லியமானது, நிலையான மாதிரி கணிப்புடன் நன்றாக ஒத்துப்போகிறது மற்றும் துகள் உண்மையில் ஒரு சிறிய ஆயுட்காலம் கொண்டது என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது.

“ஹிக்ஸ் போசானின் வாழ்நாளை அளவிடுவதற்கு ஆஃப்-ஷெல் ஹிக்ஸ்-போஸான் உற்பத்தி ஒரு சிறந்த வழியை வழங்குகிறது என்பதை எங்கள் முடிவு நிரூபிக்கிறது” என்கிறார் CMS இயற்பியலாளர் பாஸ்கல் வான்லேர். “மேலும் இந்த தனித்துவமான துகளின் பண்புகள் பற்றிய ஆய்வில் ஒரு மைல்கல்லை அமைக்கிறது. அடுத்த LHC ரன்களின் தரவு மற்றும் புதிய பகுப்பாய்வு யோசனைகள் மூலம் அளவீட்டின் துல்லியம் இனி வரும் ஆண்டுகளில் மேம்படும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.”

References:

• Heim, S. (2021). Mass matters: Latest Higgs boson results from the LHC. Europhysics News, 52(2).
• Belyaev, A., & Ross, D. (2021). The Higgs Mechanism and the Higgs Boson. In The Basics of Nuclear and Particle Physics(pp. 283-295). Springer, Cham.
• CMS collaboration. (2007). CMS physics technical design report, volume II: physics performance. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, 34(6), 995.
• Tentindo, S. Higgs Boson property measurements at CMS.
• Sarica, U., & CMS Collaboration. (2015, April). Bounds on the Higgs boson lifetime with H–> 4l events. In APS April Meeting Abstracts(Vol. 2015, pp. B16-003).