אימות תצפיתי נוסף לחלקיק היגס

חוקרי הטכניון המעורבים בגלאי אטלס במאיץ החלקיקים LHC: "מדובר בזיהוי של היגס בוודאות עצומה"

פרופ' שלומית טרם

פרופ' שלומית טרם

מאיץ החלקיקים LHC מדווח על תצפית חדשה המאמתת את קיומו של חלקיק היגס. זאת כעשור לאחר פתיחתו של המאיץ ב-10 בספטמבר 2008. LHC הוא המאיץ הגדול בעולם, והוא פועל במנהרה תת קרקעית על גבול שוויץ-צרפת במסגרת CERN – הארגון האירופי למחקר גרעיני.

קיומם של חלקיקי היגס נחזה כבר ב-1964 ואומת לראשונה באופן ניסויי ב-LHC ב-4 ביולי 2012. האימות ההיסטורי זיכה את הפיזיקאים פיטר היגס (בריטניה) ופרנסואה אנגלר (בלגיה), שניבאו את קיומו של החלקיק, בפרס נובל בפיזיקה לשנת 2013.

לחלקיק היגס מסה גבוהה מאוד ולכן דרושה אנרגיה עצומה כדי ליצור אותו באופן יזום. ב-LHC, שבו מתרחשות בכל שנייה עשרות מיליוני אינטראקציות, מיוצרים חלקיקים אלה באמצעות שתי קרני פרוטונים עתירות אנרגיה המתנגשות זו בזו.

כדי להדגים את קיומם של חלקיקים כגון היגס לא די ביכולת לייצר אותם; דרושים גלאים חזקים ומתוחכמים ויכולת מתקדמת בניתוח הנתונים המתקבלים בהם. ואכן, ב-LHC פועלים שני גלאים, וליתר דיוק – שני מתקני גילוי עצומים, אטלס ו-CMS. האירוע המדווח היום נצפה בשניהם, ולכן מדובר באימות משמעותי מאוד.

פרופ' יורם רוזן

פרופ' יורם רוזן

באטלס לבדו פעילים כ-3,000 מדענים. הצוות הישראלי כולל נציגים מהטכניון, ממכון ויצמן ומאוניברסיטת תל אביב ומובילים כמה תחומים ובהם מערכת הבקרה, מערכת ה"טריגר" (הבוחרת ומתעדת את הארועים הרלוונטיים למחקר) ומערכת ה"גריד" המנתחת את הנתונים באמצעות מחשוב מבוזר. את פעילות הטכניון באטלס מובילים שלושה חוקרים מהפקולטה לפיזיקה: הפרופסורים שלומית טרם ויורם רוזן ופרופ׳-משנה אנריקה קחומוביץ.

חלקיק היגס נחשב במשך שנים לחוליה החסרה במודל הסטנדרטי, שהוא התיאוריה המרכזית בפיזיקה בת ימינו. חוליה חסרה – משום שהיגס מעניק לחלקיקים רבים את המסה שלהם, מסה שבלעדיה לא יפעלו חוקי הטבע כפי שהם מוכרים לנו. חלקיק היגס אינו ניתן לתצפית ישירה, וזאת משום שהוא דועך במהירות עצומה (10-20 שניות). עם זאת, אפשר להסיק את קיומו מחלקיקים אחרים הנוצרים כשהוא דועך (מתפרק).

האימות של שנת 2012 התבסס על זיהוי פוטונים – חלקיקי אור שנוצרו כתוצאה מדעיכה של חלקיקי היגס. למרות חשיבותה העצומה של אותה תצפית, מדעני LHC שאפו להדגים את קיומם של חלקיקי היגס באמצעות אירוע נפוץ הרבה יותר: היווצרות של צמדי קווארקים כבדים. לדברי פרופ' רוזן, "רוב ארועי הדעיכה של חלקיקי היגס, כ-60% מהם, מובילים ליצירה של צמדי קווארקים אלה, המכונים קווארקי b. הבעיה היא שדעיכה זו קשה לזיהוי, ואפילו כאשר זיהינו אותם היה עלינו לוודא שהם לא נוצרו בעקבות אירוע אחר, מה שמכונה 'רקע'."

ההישג שנרשם היום נשען על צבירה של כמות נתונים עצומה, על שיפור בלתי פוסק באנליזה של הנתונים ועל הצלבת מידע בין אטלס ו-CMS. התוצאה:

פרופ׳-משנה אנריקה קחומוביץ

פרופ׳-משנה אנריקה קחומוביץ

זיהוי האירוע כדעיכת היגס בוודאות כמעט מוחלטת – יותר מ-5 סטיות תקן. "במילים אחרות, הוודאות שמה שראינו כאן הוא עקבות של חלקיק היגס גבוהה הרבה יותר מ-99.99%."

דובר אטלס קרל יאקובס אמר כי "התצפית היא אבן דרך חשובה בחקר בוזון היגס. היא מראה כי אטלס ו-CMS הובילו להישג העולה על כל הציפיות ולהבנה עמוקה של המידע המתקבל מהמאיץ תוך שליטה ברעשי הרקע."

מנהל המחקר והמחשוב ב-CERN אקהרד אלסן אמר כי "הניסויים שלנו ממשיכים להתמקד בחלקיק היגס, הנחשב בעיני רבים לשער לפיזיקה החדשה." ב-LHC מעריכים כי בעתיד יבוצע אימות של חלקיק היגס באמצעות מיואונים, שהם חלקיקים בעלי מסה נמוכה יותר.

LHC הוא מאיץ חלקיקים עצום שקוטרו 27 קילומטרים. בכל שנייה של פעילות מתרחשות בו עשרות מיליוני התנגשויות בין חלקיקים הנעים במהירות האור, בסביבה חמה פי 100 מהטמפרטורה השוררת במרכז השמש. בסוף השנה הנוכחית יפסיק המאיץ את פעילותו לתקופה מוגבלת לצורך הכנסת התאמות טכנולוגיות שישפרו את ביצועיו.

 

להודעה מטעם אטלס באנגלית:

ATLAS: http://bit.ly/2wvcBT1

בתמונה: היווצרות של צמד קווארקי b כתוצאה מדעיכת חלקיק היגס. שני האזורים הירוקים בתמונה הם החתימות של שני סילוני חלקיקים שיצרו הקווארקים. האיור באדיבות ATLAS Collaboration/CERN

בתמונה: היווצרות של צמד קווארקי b כתוצאה מדעיכת חלקיק היגס. שני האזורים הירוקים בתמונה הם החתימות של שני סילוני חלקיקים שיצרו הקווארקים.
האיור באדיבות ATLAS Collaboration/CERN