Wjj-Anomalie wird abgesagt • Igor Ivanov • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • LHC, CMS-Detektor, Tevatron-Ergebnisse, Suche nach neuer Physik

Wjj-Anomalie wird abgebrochen

Verteilung von Ereignissen über die invariante Masse von zwei Jets von 0 bis 400 GeV. Auf der linken Seite Alle ausgewählten Ereignisse werden angezeigt. Der Prozess der unabhängigen Geburt von W und zwei Jets dominiert hier (gezeigt in rot), sowie die Geburt und den Zerfall des Top – Quarks (gezeigt) in grün). Auf der rechten Seite die gleichen Daten werden angezeigt, nachdem der gesamte Hintergrund abgezogen wurde, mit Ausnahme der Geburt des WW- oder WZ-Systems. Gepunktete Histogramm Das erwartete Signal wird angezeigt, wenn die CDF-Wjj-Anomalie echt ist. Es ist ersichtlich, dass es in den Daten nichts dergleichen gibt. Bild aus dem Artikel zur Diskussion

Vor anderthalb Jahren meldete die CDF Collaboration, die am amerikanischen Proton-Antiproton-Collider Tevatron arbeitete, ein unerwartetes Ergebnis. Bei der Untersuchung des Prozesses der gemeinsamen Produktion des W-Bosons und zweier hadronischer Jets (die kurze Bezeichnung eines solchen Systems lautet Wjj) stellte sich heraus, dass die Verteilung der beiden Jets in der invarianten Masse einen gut ausgeprägten breiten Peak im Bereich von 150 GeV aufweist. Wir haben diese Messung im Detail und ihre möglichen Konsequenzen in den Nachrichten beschrieben: Das jüngste Ergebnis von Tevatron hat bei den Physikern wenig Begeisterung hervorgerufen.

Da keine der großen Theorien einen so großen Überschuss vorhergesagt hat,und die experimentelle Analyse selbst war ziemlich dünn, viele Physiker waren sehr cool über die Nachricht und glaubten, dass wir über eine Art unerklärten systematischen Effekt im CDF-Detektor sprechen. Andere hingegen sahen in diesen Daten eine Bestätigung des einen oder anderen exotischen Modells und stellten ihre Berechnungen vor, die diesen Effekt durch verschiedene neue Teilchen oder Phänomene erklärten. So oder so, aber bis heute hat der CDF-Artikel bereits über 130 Zitate erhalten. Diese Arbeit erzeugte auch eine bemerkenswerte Reaktion in den Medien, in der es laute Aussagen über die "Entdeckung eines neuen Teilchens" gab.

Anfangs war die statistische Signifikanz der Wjj-Anomalie gering, weniger als 3 Standardabweichungen. Zwei Monate später, nach der Verarbeitung eines neuen Datenstücks, bestätigte die CDF das Vorhandensein dieses Effekts (siehe Details im Wjj-Anomalie-Bericht, der auf dem Tevatron gefunden wurde, erhöht). Die statistische Signifikanz der Abweichung hat bereits begonnen, sich den geschätzten 5 Standardabweichungen zu nähern, und dies stellt sicher, dass dieser Effekt keine rein statistische Schwankung sein kann. Somit haben wir entweder einen nicht aufgezeichneten technischen Effekt, oder die CDF-Kollaboration ist nahe einer sehr lauten Entdeckung.

Nur zwei Wochen später wurde der Artikel von DZero, der zweiten Zusammenarbeit im Tevatron, zu einer Kaltwasserwanne. Dieser Detektor sah keine Wjj-Anomalien. Darüber hinaus wurde eine ernsthafte Einschränkung erreicht: Wenn wir annehmen, dass ein neues Teilchen tatsächlich für die Wjj-Anomalie auf der CDF verantwortlich ist, dann wäre ein DZero-Detektor in der Lage gewesen, ein vergleichbares Signal zu sehen. Aber er sieht das Signal nicht. Die Wahrscheinlichkeit, dass auf DZero eine statistische Fluktuation nach unten erfolgt ist, die diese Anomalie versehentlich "abschneidet", wurde auf ein Tausendstel Prozent geschätzt – ein solches Szenario ist sehr unwahrscheinlich.

So wurde ein scharfer Widerspruch zwischen den CDF- und DZero-Kollaborationen in dieser Dimension aufgedeckt. Eine natürliche Frage in dieser Situation: Was sagt der Large Hadron Collider dazu?

Und jetzt ist der Artikel zur CMS-Zusammenarbeit (arXiv: 1208.3477) im e-prints-Archiv erschienen und gibt eine Antwort auf diese Frage. Unter Verwendung aller Statistiken von 2011 führte die CMS-Kollaboration eine detaillierte Untersuchung der Koproduktion eines W-Bosons mit zwei und drei Hadronenstrahlen durch (in letzterem Fall wurden nur die zwei härtesten Jets zur Analyse genommen). Da der Querschnitt für die Herstellung von hypothetischen schweren Teilchen am LHC um ein Vielfaches größer ist als beim Tevatron, konnte der Large Hadron Collider diesen Prozess mit höherer Genauigkeit messen als das Tevatron.

Die Abbildung zeigt die beiden Graphen, die in unseren vergangenen Nachrichten erschienen sind (vergleiche sie mit den Abbildungen 2 und 3 der ersten und mit der zweiten). Laut CMS in der Verteilung der beiden Jets in der invarianten Masse keine Spitze ist sichtbar in der Region von 100 bis 200 GeV. Die resultierende obere Grenze für den Querschnitt irgendeines anomalen Prozesses beträgt 5 pb, was mehr als dreimal weniger ist, als zu erwarten wäre, wenn die CDF richtig wäre.

Somit können wir davon ausgehen, dass der Detektor CMS beendete mit der Wjj-Anomalie das Epos. Der von der CDF-Kollaboration wahrgenommene Effekt ist wahrscheinlich ein Artefakt des Detektors oder der Datenverarbeitungs-Methode. Darüber hinaus schloss das CMS-Ergebnis auch ein Paar theoretischer Modelle ab, die speziell zur Erklärung der CDF-Daten erstellt wurden. Diese Arbeit setzt die Reihe von LHC-Publikationen fort, die die verdächtigen Auswirkungen auf das Tevatron in den letzten zwei Jahren seiner Arbeit nicht bestätigen.


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