На Большом адронном коллайдере провели самое точное измерение механизма Хиггса
Физики коллабораций ATLAS и CMS впервые со статистической достоверностью сумели зафиксировать рождение бозона Хиггса и пары топ-кварк и топ-антикварк. Результаты детектора впервые набрали статистику в пять стандартных отклонений. Объявленные на конференции LHCP2018 4 июня, эти данные стали самым точным измерением хиггсовского механизма обретения частицами массы. Результаты работы CMS опубликованы в Physical Review Letters, а статья ATLAS доступна в виде препринта на arxiv.org.
Изучение рождения этого трио — очень кропотливый процесс, поскольку в нем рождается лишь один процент от всех бозонов Хиггса, однако важность его сложно переоценить, поскольку результат является прямым измерением взаимодействия топ-кварка и бозона Хиггса. Это взаимодействие известно, как связывание топ-кварка Юкавы. Его используют для описания хиггсовского поля и безмассовым полем кварка. Это взаимодействие представляет собой обретение массы фермионами благодаря так называемому спонтанному нарушению симметрии. Фактически, рождение ttH — это прямое наблюдение того, как рождается масса.
Предыдущие результаты коллаборации ATLAS и коллаборации CMS свидетельствовали о рождении ttH, но статистики не хватало. В марте 2018 года CMS объявила о четырех стандартных отклонениях, что еще не давало права говорить о том, что событие действительно наблюдалось. «Четыре сигмы» — это очень высокая (99,38 процента) вероятность того, что сигнал неслучаен, но в физике принято говорить о настоящем открытии, когда удается накопить статистики на пять стандартных отклонений (пять сигм — это 99,9999 процента вероятности неслучайного результата).
Ситуация осложнялась тем, что появлявшийся вместе с двумя топ-кварками бозон Хиггса распадался пятью путями — либо на два W-бозона, либо на два Z-бозона, либо на пару тау-лептонов, либо на два b-кварка, либо вообще на два фотона. Как это часто бывает, на небольшой статистике данные показали некоторое отклонение от Стандартной модели и физики-теоретики заняли позицию «низкого старта». Однако чем больше накапливалось статистики, тем больше наблюдалось согласовия со Стандартной моделью. И вот — с одной стороны, Стандартная модель снова устояла, с другой — у нас есть самое точное измерение хиггсовского механизма наделения частиц массой, ведь топ-кварк — самая тяжелая из частиц Стандартной модели.
Если говорить языком цифр, на Большом адронном коллайдере удалось наблюдать рождение бозона Хиггса и пары топ-антитоп со статистической достоверностью в 6.3 стандартных отклонения (такую мощную достоверность удалось благодаря объединению данных с другими экспериментами 2015–2017 годов). Поиск велся в результатах столкновения протонов на энергиях в 13 тераэлектронвольт.
Ранее коллаборация ATLAS использовала данные, собранные при столкновениях протонных пучков на Большом адронном коллайдере в 2011 году, чтобы уточнить массу векторных W-бозонов, которые служат переносчиками слабого взаимодействия. Найденное учеными значение массы составляет примерно 80370 ± 19 мегаэлектронвольт.
Примечание: изначально в новости было неверно указано значение вероятности неслучайного результата, соответствующее пяти сигмам — это не 99,977 процента (что соответствует трем сигмам), а 99,9999 процента. Редакция приносит извинения своим читателям.
Сергей Кузнецов
Ее температура на прямом солнце оказалась до двух градусов ниже окружающего воздуха
Китайские ученые разработали многослойные цветные пленки, которые могут охлаждать поверхность до двух градусов Цельсия по сравнению с температурой окружающей среды. Высоко-насыщенный цвет этих пленок — до 100 процентов цветопередачи — виден в широком диапазоне углов (± 60 градусов). На создание такой структуры физиков вдохновили бабочки вида Morpho menelaus. Статья опубликована в журнале Optica. Большинство искусственно созданных красок работают из-за поглощения части диапазона видимого света, что может приводить к существенному нагреву окрашенных ими предметов. Чтобы предотвратить нежелательный нагрев часто используют белую краску, которая практически полностью отражает солнечную энергию. Создание разноцветных поверхностей, которые при этом не нагреваются — до сих пор сложная задача. Однако в природе встречается и другой способ цветовой передачи. Например у некоторых бабочек цвет крыльев возникает при возникновении интерференции из-за специфического отражения света от периодической структуры их крыльев. Ван Гопин (Guo Ping Wong) с коллегами из Шеньчжэньского университета предложили свое решение проблемы нагрева окрашенных поверхностей, как раз вдохновившись структурой крыльев бабочек M. menelaus. Благодаря многослойности и наличию неупорядоченных компонентов, крылья бабочек этого вида передают высокую насыщенность синего цвета в широком угле обзора. Ученые воссоздали аналогичную структуру, поместив нескольких слоев из оксидов титана TiO2 и кремния SiO2, на матовое стекло, расположенное на отражающей серебряной поверхности. Ученые оптимизировали толщину верхних слоев и добились полного отражения нежелательного желтого света. При этом синий свет свободно проникал через верхнюю многослойную структуру, испытывал диффузное отражение от неупорядоченного матового стекла, отражался от серебряного зеркала и, возвращаясь через верхнюю многослойную структуру, обеспечивал насыщенный синий цвет образца. В результате ученым удалось добиться высокой насыщенности синего цвета, до 100 процентов, в угле обзора ±60 градусов, за исключением узкого диапазона — зеркального по отношению к падающему свету — в котором отражался желтый цвет. При этом эта пленка обеспечила охлаждение до двух градусов Цельсия ниже температуры окружающей среды, что сравнимо с эффективностью бесцветной охлаждающей пленки на основе серебра и полидиметилсилоксана (ПДМС). Охлаждение образца происходило за счет высокой эффективности диффузного отражения синей части спектра, малого поглощения нежелательной части видимого спектра и ближнего инфракрасного излучения, а также из-за высокого излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Ученые создали по той же технологии образцы различных цветов и экспериментально измерили их способность охлаждать поверхности, располагая их на крыше здания института и на автомобилях. Обычная синяя краска при температуре воздуха 27 градусов Цельсия и на прямом солнце нагревалась в этих экспериментах до примерно 70 градусов. А образцы новой пленки в тех же условиях продемонстрировали температуру поверхности до 45 градусов ниже. Авторы статьи подсчитали, что за обычный метеорологический год в Шеньчжене замена обычной синей краски на охлаждающую могла бы привести к сохранению около 1377 мегаджоулей на квадратный метр энергии, требующейся на охлаждение. Ученые полагают, что дальнейшая оптимизация структуры пленок, например замена серебра на многослойный диэлектрик, позволит еще больше увеличить охлаждающий эффект. Ученых не в первый раз привлекла способность неупорядоченных структур в природных объектах к охлаждению. Они хорошо рассеивают солнечный свет, что можно использовать, например, для предотвращения таяния льдов.
