9 december 2022

Hoe zit dat nou precies met die hobbel bij 750 GeV die met de LHC is gezien?

De Large Hadron Collider. Credit: CERN.


Zoals reeds voorspeld werd afgelopen dinsdag 15 december door natuurkundigen verbonden aan de CMS- en ATLAS-detectoren bekendgemaakt dat met de Large Hadron Collider tijdens Run 2, waarbij protonen met een botsingsenergie van ?s=13 Tera Elektronvolt, pakweg 13.000 keer meer dan de massa van een proton, tegen elkaar knallen, een hobbel is geconstateerd bij een energie van 750-760 GeV.

Voor de liefhebbers: hier zijn de twee lezingen terug te zien.

Bij enkele botsingen ontstonden telkens twee fotonen, die bij elkaar een energie van zo’n 750 GeV hadden. Op de afbeelding hierboven zie je één zo’n gebeurtenis, waarbij de twee groene lijnen de fotonen zijn, eentje die naar rechtsboven vliegt, de ander naar linksonder. Sinds de bekendmaking van de resultaten galmen er in de blogosfeer der natuurkundigen continue twee essentiële vragen:

  • Is de hobbel echt of is het ruis?
  • En als de hobbel echt is, wat heeft dit dan veroorzaakt?

Credit: credit: CERN, CMS/ATLAS collaborations, image generated by Matt Strassler

Laten we eerst maar eens kijken naar die eerste vraag, of de hobbel echt is of niet – hierboven zien je ‘m met een pijtlje aangegeven in de ATLAS- en CMS-grafieken. Tijdens Run 1 (bij  ?s=7 en 8 TeV) en Run 2 van de LHC zijn er voortdurend van die hobbels waargenomen in de botsingen en het overgrote merendeel ervan bleek naderhand loos alarm, d.w.z. dat het gewoon ruis in de data bleek te zijn. Er was maar één hobbel die echt bleek te zijn, begin december 2011 nog in het roddelcircuit, op 4 juli 2014 officieel: het Higgs boson van het Standaard model, met een massa van 125 GeV. Om de vraag naar de echtheid van de hobbel te kunnen beantwoorden hebben de natuurkundigen allerlei statistische methodes, die kijken naar de hoeveelheid data die gebruikt wordt. De eenheid van de hoeveelheid botsingen wordt door de natuurkundigen uitgedrukt in inverse femtobarn en die hoeveelheid is bij de op 3 juni 2015 gestarte Run 2 achtergebleven bij de verwachte hoeveelheid. CMS blijkt uiteindelijk 2,6 /fb gebruikt te hebben en ATLAS iets meer, te weten 3,2 /fb. De statistische betrouwbaarheid is 2,6sigma bij CMS en 3,6sigma bij ATLAS. Niet echt schokkend veel allemaal, menig gesneuvelde hobbel in het verleden had een hogere betrouwbaarheid. Als Run 2 na de kerstvakantie weer verder gaat met de protonenbotsingen dan hoopt men genoeg data te kunnen verzamelen om te kunnen zeggen of de hobbel echt is of niet. Zomer 2016 moet dat naar verwachting dan bekend zijn.

Wat heeft precies de hobbel bij 750 GeV veroorzaakt? Daar wordt met dit soort Feynman-diagrammen druk over gespeculeerd.

Dan de tweede vraag: stel dat die hobbel echt is, wat heeft dat dan veroorzaakt? Over die vraag lijkt sinds dinsdag de halve wereld van natuurkundigen slapeloze nachten te hebben gehad, want het heeft al tot tal van vakartikelen geleid met allerlei interpretaties en suggesties – inmiddels al opgelopen tot… 37 stuks! 😀 Eh… ja en dan duiken we direct in de wereld der studeerkamergeleerden en theoretici, bollebozen van natuurkundigen die in deze hobbel natuurkunde voorbij het Standaard Model zien, natuurkunde ‘Beyond Standard Model‘ (BSM). De hypothetische deeltjes die daarbij genoemd worden en die in de botsingen in twee fotonen uiteenvallen zijn zeer uiteenlopend, van zwaardere varianten van het Higgs boson, via technipionen, sgoldstino’s tot scalar resonanties. Ik zal die dames en heren nog even laten uitrazen in hun ideevorming en kijken wat er na de gebruikelijke schifting allemaal overeind zal blijven. Wordt vervolgd. 😀 Tal van bronnen zijn hiervoor gebruikt, zoals Of Particular Significance + Francis Naukas + The Reference Frame + A Quantum Diaries Survivor (deze bron is interessant voor de statistische betrouwbaarheid van de waarnemingen).

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: