Der CMS-Detektor bestätigt nicht die starke Asymmetrie des Tevatrons • Igor Ivanov • Science News zu "Elementen" • LHC, CMS-Detektor, Standardmodellverifikation

Der CMS-Detektor bestätigt nicht die starke Asymmetrie des Tevatron

Asymmetrie zwischen den Top-Quarks und ihren Antiquarks am LHC mit gleichen invarianten Massen des Top-Anti-Anti-Paares. Schwarze Punkte mit Fehlern – vorläufige CMS-Daten, rotes Histogramm – theoretische Vorhersagen basierend auf dem Standardmodell. Es gibt keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen ihnen. Bild aus dem Artikel zur Diskussion

Am 21. Juli erschien ein Artikel der CMS Collaboration auf der CERN-Website, der über die Untersuchung eines Ungleichgewichts bei der Geburt von Top-Quarks und deren Antiquarks am Large Hadron Collider (Top-Anti-Anti-Tip-Asymmetrie) berichtete. Das Interesse an dieser Studie rührt von der Tatsache her, dass vor einem halben Jahr ein CDF-Detektor, der am Tevatron-Collider arbeitete, eine ungewöhnlich starke Top-Antitop-Asymmetrie zeigte, die manchmal bis zu 50% erreichte. Das Standardmodell sagt für Tevatron einen viel kleineren Wert voraus, in Höhe von einigen Prozent. Dieses Ungleichgewicht zwischen Top-Quarks und Antiquarks, die zu einem der Hauptgeheimnisse des Tevatron-Colliders wurden, warf Theoretiker auf Phantasien – viele von ihnen sahen in diesen Daten eine Manifestation der Physik jenseits des Standardmodells.

Ein ähnlicher Effekt auf den LHC ist viel schwieriger zu bemerken.Fakt ist, dass Kollisionen auf Tevatron zunächst asymmetrisch sind: Einerseits fliegt ein Proton, andererseits ein Antiproton. Daher hat jedes der Quarks bei der Geburt des obersten Anti-Antitop-Paares eine bevorzugte Hemisphäre der Abgangsrichtungen. Am LHC sind Kollisionen symmetrisch: Protonen kommen von beiden Seiten an. Daher sieht das Ungleichgewicht zwischen den Top-Quarks und ihren Antiquarks anders aus – nicht als eine "Hin und Her" Asymmetrie, sondern als eine Präferenz für Quarks, in etwas kleineren Winkeln zur Reaktionsachse zu fliegen als für Antiquarks. Dieser Effekt ist merklich schwächer: Das Standardmodell sagt für LHC eine Asymmetrie von 1% voraus. Es wurde jedoch fast sofort klar, dass, wenn die große Asymmetrie, die auf dem Tevatron gefunden wird, real ist, der LHC in der Lage sein wird, es bereits dieses Jahr auf Statistiken von 1-2 fb zu entdecken-1. Außerdem fand im Mai eine Mini-Konferenz am CERN statt, die ganz der Diskussion dieses Rätsels und den Möglichkeiten des LHC gewidmet war, dieses Problem zu lösen.

Und jetzt, nach der Verarbeitung der Statistik entsprechend der integralen Helligkeit von 1,09 fb-1Die CMS Collaboration meldet, dass sie keine ungewöhnlich starke Asymmetrie aufweist. Der gemessene Asymmetriewert fällt mit -1,5% negativ aus, was sich innerhalb der Fehlergrenzen (ca. 4%) auch bei großen invarianten Massen von Top-Antitop-Paaren nicht von den Vorhersagen des Standardmodells unterscheidet (vglZeichnung). Die präsentierten Daten sind jedoch vorläufig. Die CMS Collaboration behauptet nicht, dass ihre Ergebnisse die CDF-Entdeckung schließen, sagt aber nur, dass noch kein deutlicher Anstieg der Asymmetrie beobachtet wurde. Um die Diskrepanz zwischen dem Ergebnis von CDF und CMS quantitativ zu charakterisieren, ist eine aufwändigere Datenverarbeitung erforderlich.

Im Allgemeinen können wir den interessanten Trend der letzten Monate beobachten: Tevatron beobachtet mysteriöse Phänomene nacheinander und der LHC bestätigt sie nicht methodisch. Es bleibt nur zu hoffen, dass einige der Mysterien immer noch überleben und sich in reale Manifestationen der Neuen Physik verwandeln.


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