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높은 에너지에서 Z 보손 쌍 생성에 대한 힉스 보손 기여의 증거

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왼쪽: 오프쉘 gg 및 EW 생산 신호 강도 매개변수, 각각 𝜇off-shellF 및 𝜇off-shellV의 2개 매개변수 우도 스캔. 점선 및 파선 윤곽선은 68%(-2Δln𝐿=2.30) 및 95%(-2Δln𝐿=5.99) CL 영역을 둘러쌉니다. 십자가는 최소값을 표시하고 파란색 다이아몬드는 SM 기대치를 표시합니다. 온쉘 4ℓ 이벤트가 이 스캔 수행에 포함되지 않기 때문에 통합 광도는 최대 138fb-1에 도달합니다. 오른쪽: ΓH에 대한 관찰(실선) 및 예상(파선) 1 매개변수 우도 스캔. 4ℓ 온쉘 데이터와 4ℓ 오프쉘(마젠타) 또는 2ℓ2ν 오프쉘 데이터(녹색) 단독 또는 두 데이터 세트(검은색)의 조합에 대한 스캔이 표시됩니다. 수평선은 68%(-2Δln𝐿=1.0) 및 95%(-2Δln𝐿=3.84) CL 영역을 나타냅니다. 온쉘 4ℓ 이벤트가 이러한 스캔 수행에 포함되기 때문에 통합 광도는 최대 140fb-1에 도달합니다. 오프쉘 없음 가설의 배제는 두 패널 모두에서 3.6 sd와 일치합니다. 신용: CMS 협력.

힉스 필드와 관련된 기본 아원자 입자인 힉스 보손은 2012년 ATLAS 및 CMS 실험의 일부로 처음 발견되었으며, 두 실험 모두 현존하는 가장 강력한 입자 가속기인 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)에서 수집된 데이터를 분석합니다. . . 힉스 보손의 발견 이후 전 세계 연구팀은 이 독특한 입자의 특성과 특성을 더 잘 이해하기 위해 노력해 왔습니다.

CMS 실험에 참여하는 대규모 연구원 그룹인 CMS Collaboration은 최근 힉스 보손의 폭에 대한 업데이트된 측정치를 얻었으며 Z 보손 쌍의 생성에 대한 외부 껍데기 기여에 대한 첫 번째 증거도 수집했습니다. 에 발표된 연구 결과 자연 물리학표준 모델 예측과 일치합니다.

“기본 입자에 대한 양자 이론적 설명은 본질적으로 확률론적이며, 입자 모음의 모든 다른 상태를 고려하는 경우 이 모음을 지금 보든 나중에 보든 관계없이 확률의 합은 항상 1이 되어야 합니다.” Ulascan CMS Collaboration의 연구원인 Sarica는 Phys.org에 말했습니다. “수학적으로 분석할 때, 이 간단한 진술은 높은 에너지에서 입자 상호 작용의 확률에 소위 단일 경계라고 하는 제한을 부과합니다.”

1970년대부터 물리학자들은 무거운 벡터 보손 Z 또는 W의 쌍이 생성될 때 힉스 보손이 이러한 쌍의 생성에 기여하지 않는 한 높은 에너지에서 일반적인 제한이 위반될 것이라고 예측했습니다. 지난 10년 동안 이론적 물리학 계산에 따르면 높은 에너지에서 이러한 Higgs boson 기여의 발생은 LHC에서 수집한 기존 데이터를 사용하여 측정할 수 있어야 합니다.

“다른 조사에서는 수명에 반비례하고 표준 모델에서 매우 작은 것으로 예측되는 Higgs 보존의 총 붕괴 폭(4.1메가 전자 볼트 폭 또는 1.6×10-22 수명 초) 검출기 해상도(총 폭 측정에서 1000메가 전자 볼트 및 1.9×10-13 수명 측정에서 초)”라고 Sarica는 설명했습니다.

“이러한 이유로 우리 논문에는 두 가지 목표가 있습니다. 높은 에너지에서 무거운 다이보존 생산에 대한 힉스 보손 기여의 존재를 찾고 이러한 기여를 통해 힉스 보손 총 붕괴 폭을 가능한 한 정확하게 측정하는 것입니다.”

최근 연구의 일환으로 CMS 협업은 LHC의 두 번째 데이터 수집 실행의 일환으로 2015년에서 2018년 사이에 수집된 일부 데이터를 분석했습니다. 그들은 특히 4개의 전하를 띤 경입자(즉, 전자 또는 뮤온) 또는 2개의 전하를 띤 경입자와 2개의 중성미자로 붕괴되는 Z 보손 쌍의 생성을 특징으로 하는 사건에 특히 초점을 맞췄습니다.

과거의 실험 분석에 따르면 이 두 가지 독특한 패턴은 높은 에너지에서 무거운 보손 쌍의 생성에 가장 민감합니다. 따라서 이러한 패턴과 일치하는 이벤트를 분석하여 팀은 보다 명확하고 신뢰할 수 있는 결과를 수집하기를 희망했습니다.

“우리는 3 표준 편차 이상의 통계적 유의성을 가진 높은 에너지에서 Z 보손 쌍의 생산에 힉스 보손 기여의 첫 번째 증거를 관찰했습니다.”라고 CMS 협력의 또 다른 구성원인 Li Yuan은 Phys.org에 말했습니다. “결과는 높은 에너지에서 무거운 다이보손 생산의 단일성을 보존하는 자발적인 전자약 대칭 파괴 메커니즘을 강력하게 지원합니다.”

ZZ 생산에 대한 Higgs boson의 기여에 대한 증거를 수집하는 것 외에도 CMS 협업은 Higgs boson의 전체 붕괴 폭 또는 수명에 대한 기존 측정을 크게 개선할 수 있었습니다. 그들이 수집한 측정값은 입자의 좁은 폭(즉, 입자 물리학의 표준 모델의 예측에 따르면 4.1메가 전자 볼트)을 고려할 때 10년 전에는 달성할 수 없는 것으로 여겨졌습니다.

“이 측정에 대한 우리의 결과는 2.4 메가 전자 볼트의 상위 오류와 1.7 메가 전자 볼트의 하위 오류가 있는 3.2 메가 전자 볼트입니다”라고 Yuan은 말했습니다. “이 결과는 지금까지의 표준 모델 기대치와 일치하지만 훨씬 더 정밀한 향후 측정이 예측에서 벗어날 수 있는 여지가 여전히 있습니다.”

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CMS 공동 작업의 최근 작업은 Higgs 보존의 속성에 대한 새로운 통찰력을 제공하는 동시에 Z 보존 쌍 생성에 대한 기여도를 강조합니다. 다음 연구에서 연구원들은 LHC에서 수집된 새로운 데이터와 고급 분석 기술을 사용하여 이 매혹적인 아원자 입자에 대한 탐구를 계속할 계획입니다.

“우리의 결과는 일반적으로 입자 물리학 커뮤니티에서 증거로 간주되는 3 표준 편차의 임계값을 넘어 통계적 유의성에 도달했지만, 발견을 주장하려면 5 표준 편차의 임계값에 도달할 수 있으려면 더 많은 데이터가 필요합니다.” 사리카가 말했다.

LHC의 세 번째 데이터 수집 실행은 올해 시작되었으며 2025년 말까지 계속될 것으로 예상됩니다. Sarica, Yuan 및 나머지 CMS 협력은 이미 힉스 보손의 폭을 훨씬 더 큰 폭으로 측정할 수 있는 준비를 시작했습니다. 데이터 수집의 이 세 번째 라운드의 일부로 수집된 새로운 데이터를 사용하여 정밀도.

“또한 우리의 CMS 분석에는 2018년 데이터에서 4개의 하전된 경입자에 대한 고에너지 이벤트 분석이 아직 포함되지 않았으며 업데이트에 포함하기 위한 준비가 진행 중입니다.”라고 Sarica는 덧붙였습니다.

“Higgs 2022 컨퍼런스에서 11월 9일에 공개된 ATLAS Collaboration의 최근 예비 결과는 CMS가 발견한 증거에 대한 독립적인 확인도 제공하므로 일단 결과가 동료 검토를 거치면 두 협업이 어떻게 두 가지 분석을 결합하여 높은 에너지와 총 폭에서 Higgs boson 기여도를 가장 잘 측정할 수 있습니다.”

추가 정보:
CMS 협력, 힉스 보손 폭 측정 및 ZZ 생산에 대한 오프쉘 기여의 증거, 자연 물리학 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01682-0

컨퍼런스: indico.cern.ch/event/1086716/

© 2022 사이언스엑스네트워크

소환: https://phys.org/news/2022-11-evidence-higgs-boson-contributions-production에서 2022년 11월 26일에 검색된 높은 에너지(2022년 11월 25일)에서 Z 보손 쌍의 생성에 대한 Higgs boson 기여의 증거 .html

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