Partikler på kollisjonskurs

Nye metoder skal gjøre det enklere å finne mer nøyaktige posisjoner og hastigheter til kolliderende partikler i høyenergi partikkelfysikk-eksperimenter.

Denne datasimuleringen viser hvordan Higgs-bosonet eventuelt kan komme fram i en av detektorene til LHC. Higgs-bosonet brytes ned i to stråler av andre elementærpartikler (gule linjer). (Figur: CERN)
Denne datasimuleringen viser hvordan Higgs-bosonet eventuelt kan komme fram i en av detektorene til LHC. Higgs-bosonet brytes ned i to stråler av andre elementærpartikler (gule linjer). (Figur: CERN)

Adaptive metoder

Måler mønstre f. eks. i et LHC-detektorsystem fra flere partikler samtidig i stedet for informasjon fra kun én partikkel.

Flere partikler konkurrerer om å bruke samme målinger.

En måling kan brukes av flere partikler.

Tradisjonell metodikk forutsetter at en måling kun kan brukes av én partikkel.

Målingene er tett inntil hverandre, klarer å skille ulike partikler fra hverandre.

Kan rekonstruere komplekse partikkelbilder mer nøyaktig enn tradisjonelle metoder.

De nye såkalte adaptive metodene er utviklet spesielt med tanke på det en vil observere i eksperimentene ved den nylig oppstartede Large Hadron Collider (LHC)-akseleratoren ved CERN.

– Dersom Higgs-partikkelen finnes, tror jeg at vi innen få år ihvertfall har sett spor etter den, blant annet ved hjelp av disse metodene.

Det forteller Are Strandlie, professor i fysikk ved Høgskolen i Gjøvik og professor II ved Fysisk institutt, Universitetet i Oslo.

Strandlie har i samarbeid med Rudolph Frühwirth ved Institute of High Energy Physics of the Austrian Academy of Sciences utviklet nye metoder for å gjøre nøyaktige observasjoner av elementærpartiklers posisjoner og hastigheter.

I tillegg hjelper metodene med å bruke denne informasjonen til å gjøre prediksjoner av relevante, fysiske størrelser i selve kollisjonspunktet, for eksempel partiklers masse.

Higgs

Siden 1970-tallet har standardmodellen vært brukt innen elementærpartikkelfysikk. Higgs-partikkelen er en del av denne modellen selv om partikkelen aldri har blitt verifisert med målinger.

Forskere mener at Higgs-partikkelen er opphavet til det som gir elementærpartikler (elektroner, kvarker) masse.

Det grunnleggende prinsipp bak all eksperimentell aktivitet ved CERN er å akselerere partikler til hastigheter tett ved lysets, styre disse mot hverandre og la dem kollidere.

I eksperimentene i Large Hadron Collider skapes det i kollisjonene svært mange partikler, som tildels beveger seg veldig tett inntil hverandre.

Tett med partikler

For å gjøre en hastighetsmåling av en partikkel som er skapt eksempelvis av en Higgs-partikkel er en nødt til å finne akkurat denne partikkelen blant mange andre partikler som beveger seg i det samme området.

– Hvis vi ved LHC ikke finner Higgs-partikkelen, så er standardmodellen ufullstendig. Skulle vi heller ikke observere andre nye fenomener, er det en god del ved vår nåværende forståelse av de grunnleggende mekanismene i naturen som må tenkes gjennom på nytt, sier Strandlie.

– Tradisjonell metodikk tvinger en til å velge informasjon fra kun én partikkel, selv om partiklene beveger seg så tett ved hverandre at det er svært vanskelig å vite hvilken av dem som stammer fra Higgs-partikkelen.

Flere partikler

Adaptive metoder særpreges av å kombinere informasjon fra flere partikler som beveger seg tett inntil hverandre.

– De konkrete måtene eller algoritmene for hvordan informasjonen kombineres er inspirert av metoder utviklet i termisk fysikk og baserer seg på betraktninger om hvor sannsynlig det er at de forskjellige partiklene stammer fra den opprinnelige Higgs-partikkelen, sier Strandlie.

Strandlie og Frühwirth har vist at disse adaptive metodene kan gi mer nøyaktige målinger enn tradisjonelle metoder, som igjen kan gi mer nøyaktige prediksjoner av massen til en Higgs-partikkel.

Referanse:

Strandlie & Frühwirth: Track and vertex reconstruction: From classical to adaptive methods, Reviews of Modern Physics, Volume 82, Issue 2, 1419–1458 (2010), doi: 10.1103/RevModPhys.82.1419.

Saken er produsert og finansiert av Høgskolen i Gjøvik - Les mer

Powered by Labrador CMS