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“Higgs Boson의 2세대 소립자 붕괴에 대한 드문 증거"

힉스-보존(Higgs-Boson)은 더 가벼운 입자와도 결합한다.
CERN 연구원들은 힉스-보존이 뮤온으로 분열하는 것을 처음으로 확인했다.

수수께끼에 대한 새로운 통찰 :
CERN 연구소의 물리학자들이 처음으로 힉스-보존(Higgs-Bosons)이 두 개의 뮤온으로 붕괴되는 것을 보여주었다. 이것은 Higgs field가 어떻게 입자에 다른 질량을 제공하는지에 대한 귀중한 정보를 제공 할 수 있다. 지금까지, 가장 큰 입자 생성에 대한 힉스-보존의 붕괴 및 결합만이 관찰되었다.

▲ CMS 탐지기에서 힉스-보존이 두 개의 뮤온 (빨간색)으로 붕괴 된 것은 힉스와 가벼운 입자의 상호 작용에 대한 첫 번째 증거다. © CERN / ATLAS collaboration

힉스-보존(Higgs boson)은 물리적 세계관의 기본 구성 요소다.
왜냐하면 그것과 연결된 힉스-메커니즘 만이 모든 것들에 질량을 제공하기 때문이다.
물리학자들은 이미 표준모델에서 가장 무거운 입자와 힉스-보존의 커플링(결합)을 보여줬다. 그 아래에 탑-쿼크(Top-Quark)와의 상호 작용이 포함된다.
그러나 힉스-보존이 더 가벼운 입자와 상호 작용하는지 여부와 그것이 어떤 입자가 더 가볍거나 무거운지 결정하는 방법은 여전히 ​의문이다.

힉스와 2 세대

CERN의 물리학자들은 중요한 돌파구를 마련했다.
처음으로 그들은 Higgs boson과 표준 모델의 두 번째, 더 가벼운 세대의 입자인 뮤온(muon)과의 상호 작용을 보여주었다. 이 전자의 더 무거운 "형제"는 수명이 매우 짧기 때문에 입자 충돌이나 우주 방사선의 경우에만 붕괴 산물로 감지된다.

그러나 힉스-보존의 행동에 대한 가정이 정확하다면 두 개의 뮤온으로 붕괴될 수 있을 것이다. CERN의 ATLAS 협력 물리학자들은 “이 디 뮤온(Di-Myon) 붕괴는 2세대 페르미온과 힉스의 상호 작용을 측정할 수 있는 가장 좋은 기회를 제공한다.
그러나 모델에 따라 5천개의 Higgs boson 중 하나에서만 발생하기 때문에 이 붕괴는 매우 드물다. 또한, 입자 가속기에서 충돌이 발생하는 경우, 다른 출발 입자로부터 뮤온도 방출된다.

▲ 분열로 생성된 뮤온(위)과 125 GeV를 초과하는 필터링된 사건 © CERN/ CMS Collaboration

곡선의 "볼록함"

따라서 힉스-보존의 붕괴로 인한 뮤온 쌍은 그들의 속성에 대한 광범위한 분석으로 이 "배경 잡음"으로부터 먼저 분리되어야 한다. 이론적 예측에 따르면, 약 125GeV(기가 전자볼트)의 에너지를 가진 소량의 뮤온 쌍이 표시되어야 할 것이다. 예를 들어 힉스-보존이 위치한 질량 범위에서, 이 신호를 찾아 CERN의 물리학자는 Large Hadron Collider의 두 번째 런타임에서 데이터를 평가했다.

그들은 찾고 있던 것을 이번에 발견했다.
LHC 입자 가속기의 두 개의 큰 검출기의 데이터에서 연구자들은 뮤온 쌍에서 약간의 초과 량을 관찰할 수 있었다. 이 "곡선의 혹"은 약 125GeV 범위에 있었으며 이론적 모델에 의해 예측된 위치에 있었다.

2세대와의 상호 작용

CMS 협력의 대변인 로베르토 칼린(Roberto Carlin)은 “우리는 힉스-보존이 뮤온으로 붕괴되는 것을 관찰할 수 있어 매우 자랑스럽다. 이것은 이 공정에 대한 첫 번째 실험 증거이다"고 말했다. 초과분은 CMS 검출기에서 3 시그마의 중요성에 도달했다.
이것이 임의 편차일 확률은 700개 중 1개 미만이다. 입자 물리학에서는 5시그마 값만 공식 발견으로 간주된다.

그럼에도 불구하고, 물리학자들은 오랫동안 찾고 있던 분열을 관찰한 것을 확신한다.
이것은 두 번째 ATLAS 검출기의 결과에 의해 지원된다.
그의 데이터는 125GeV에서 과도한 뮤온 쌍을 보여 주지만 여기서의 중요성은 단지 2시그마에 불과하다. CERN 물리학자들은 이제 LHC의 세 번째 런타임에서 이러한 드문 붕괴를 더 많이 포착한 다음 5시그마 임계값을 깰 수 있기를 희망하고 있다.

ATLAS 협력 대변인 칼 야콥스(Karl Jakobs)는 “Higgs boson의 2세대 소립자 붕괴에 대한 이러한 증거는 이미 2세대에 큰 성공을 거두었다”고 말했다. "Higgs boson 특성에 대한 우리의 측정은 새로운 정밀 단계에 이르렀으며, 이로 인해 드문 붕괴 경로를 감지 할 수 있다."

출처 : CERN / CMS, ATLAS

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