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Novidades do Fermilab

quinta-feira, 9 abr 2009; \15\UTC\UTC\k 15 Deixe um comentário Go to comments

Os experimentos CDF e D0 no acelerador Tevatron do Fermilab têm divulgado vários resultados interessantes.

Um deles, pelo CDF, é a partícula Y(4140) que parece não se encaixar na classificação de bárions (3 quarks ou antiquarks) ou méson (1 quark e 1 antiquark):

Particle oddball surprises CDF physicists at Fermilab

Outra notícia interessante, dessa vez pelo D0:

Measurement of the W Boson Mass with 1 fb^{-1} of D0 Run II Data

é a medida mais recente da massa do bóson W (feita principalmente pelo grupo de Stony Brook🙂 ). Não é uma nova partícula, mas é um resultado muito importante para a procura pelo Higgs. Já tivemos a chance de conversar sobre isso aqui, só queria comentar num post.

Existe uma correlação considerável entre a massa do Higgs, do W e do quark Top. Essas duas partículas são muito massivas e, logo, possuem um acoplamento forte com o Higgs, contribuindo consideravelmente para a massa em 1-loop.

Influencia do Higgs na massa do W

A massa do W é conhecida até hoje com uma incerteza experimental consideravelmente grande em comparação, por exemplo, ao Z (que também acopla fortemente ao Higgs). Junto com a incerteza da massa do top, há uma elipse de incerteza que possuia uma interseção não nula com essa região da massa do Higgs não excluída experimentalmente. Um gráfico antigo que mostra isso é:

Agora, com a nova medida da massa do W, há uma incompatibilidade em 95% CL da massa do W, do Top e do bóson de Higgs no modelo padrão. Um dado muito interessante é que se considerarmos extensões supersimétricas do modelo padrão, essa incompatibilidade deixa de existir (veja acima já com os dados antigos). Hoje o D0 tem quatro vezes mais dados do que foi utilizado para essa análise e provavelmente daí sairá um resultado que não será nem batido pelo LHC em termos de precisão.😀 Para entender de onde vêm a principal incerteza dessa medida, talvez valha a pena discutir um pouco de física experimental. A medida da massa do W é feita através de eventos de decaimento para elétron e neutrino. O problema é que não conseguimos medir neutrinos, porque ele interage muito fracamente com o detector. Na verdade, neutrinos podem passar o planeta Terra inteiro sem uma absorção considerável. O que se mede então é o desbalanço de energia nos calorímetros, que é então associado ao neutrino. Muito mais fácil é medir a massa do Z, pois ele decai em dois elétrons e essa massa foi medida com grande precisão pelo LEP que era sintonizado na sua massa. Eventos com o Z são então usados para calibrar as simulações do detector (o detector é muito complexo para que se possa calcular analiticamente a forma da distribuição esperada) e então os eventos com W são fitados e a massa medida. Infelizmente, há muito mais eventos de W do que de Z, o que torna a calibração não-ideal e introduz bastante erro sistemático.

É muito improvável que o Tevatron descubra o Higgs. Não por causa da energia disponível, mas por causa da luminosidade. O Higgs é uma partícula muito difícil de se medir, principalmente se ela tiver baixa massa. Isso porque seus principais modos de decaimento tem um background (hadrônico) imenso o que torna complicado separar o sinal do ruído. A aposta do LHC é gerar eventos aproximadamente 1000 vezes mais rapidamente (luminosidade) que o Tevatron, podendo aí explorar decaimentos com baixíssima probabilidade (branching ratio), mas com pouco background.

Veja, por exemplo, essa análise do D0 dos decaimentos para um par de quarks b, que é o mais provável para o Higgs:

Excluindo o background, o sinal de um possível decaimento do Higgs é aquela linha preta: só que ela está aumentada 100 vezes! Isso dá uma perspectiva de como o decaimento é sujo. No ATLAS, que vai funcionar no LHC, o canal de decaimento do Higgs que será procurado será o para dois fótons, que é um sinal muito limpo no calorímetro eletromagnético, mas veja como ele é raro, quase mil vezes mais raro para o Higgs leve:

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