4 Temmuz 2012'de saat gece yarısını çeyrek geçiyordu ve evden eve giden gecenin son tramvayına yetişmek için koşuyordum. CERN, Cenevre, İsviçre'deki parçacık fiziği laboratuvarı. Son birkaç saatimi önemli bir makalenin (nihayetinde 20 dile çevrilmiş olan) son rötuşlarını yapmak için harcadım ve yakında bu makalenin web sitesinde yer alacaktı. Kompakt Müon Solenoidi (CMS) deneyi, iki genel amaçlı parçacık dedektöründen biridir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC).

Tramvay durağına koşarken CERN'in ana oditoryumu dışında oluşmaya başlayan kuyruğu fark ettim. Birkaç girişimci öğrenci, o gün sabah 9.00'da başlayacak olan seminer için bir avuç boş koltuktan birini almak için girişte uyuyordu. Dışarıda gece berrak ve sessizdi, ancak birkaç saat içinde laboratuvar kalabalık ve heyecanla dolup taşacaktı. Çünkü bugün CMS ve ATLAS işbirlikleri duyurulacak Higgs bozonunun keşfi.

Erken bir Noel hediyesi mi?

Beklenti aylardır gelişiyordu ve bilim çevreleriyle sınırlı değildi. ATLAS sözcüsü 13 Aralık 2011'de CERN'de düzenlenen özel bir yılsonu seminerinde Fabiola Gianotti, CMS muadili Guido Tonelli ile birlikte her bir işbirliğinin Higgs bozonu arayışından elde edilen en son sonuçları sunmuştu. CERN'in seminerleri, hem deneyciler hem de teorisyenler olmak üzere daha geniş yüksek enerjili fizikçiler topluluğuna hizmet etmenin bir yolu olarak yıllarca kamuya açık olarak yayınlandı. Bu son derece teknik bir seminer olmasına rağmen, dünyanın dört bir yanından birçok gazeteci de dahil olmak üzere on binlerce izleyiciden oluşan son derece geniş bir izleyici kitlesini kendine çekti. Gerçekten de, CERN BT ekibi, hem bu seminer için hem de herhangi bir potansiyel keşif duyurusunun bir gün çekebileceği dikkati çekmek için akış hizmetine ek kaynaklar tahsis etmek zorunda kaldı.

2011'in sonlarında, LHC, işbirliklerinin parçacığın bulunmasının tahmin edildiği kütle aralığında avlanmaya başlamasına izin vermek için ATLAS ve CMS'ye 7 TeV enerjide yeterli çarpışmalar sağladı. Gianotti konuşurken, ATLAS'ın Higgs bozonunu ararken hariç tuttuğu bölgeleri gösteren slaydı gösterdiğinde heyecanını güçlükle gizleyemedi. Ancak dışlanmayan bölgeler entrikalar yaratmaya devam etti.

125 GeV civarında 2.8 anlamlılık ile hafif bir fazlalık mevcuttu.σ - 5'ten önemli ölçüde daha azσ keşif iddiasında bulunmak için gerekli, ancak izleyen herkese parçacık fiziğinin Standart Modelinin son parçasının elimizin altında olduğuna dair umut vermeye yetecek kadar. Takip ettiğinde, Tonelli CMS verilerinde benzer bir fazlalık gösterdi. Her iki işbirliği de, fazlalığın yalnızca arka plan dalgalanmalarının sonucu değil, gerçek bir parçacıktan gelen sinyalle gerçekten ilişkili olup olmadığını belirlemek için daha fazla veriye ihtiyaç duyulduğu konusunda uyarsa da, Noel erken gelmiş gibi görünüyordu.

Bununla birlikte, daha fazla veri hemen gelmedi. LHC fevkalade karmaşık bir makine parçasıdır ve düzenli bakım gerektirir. Dev, Aralık semineri sırasında yıllık kış uykusundaydı ve ancak ilkbaharda uyanacaktı. Şubat 2012'de CERN, hızlandırıcının protonları o yıl 8 TeV'lik bir enerjiyle çarpıştıracağını, ışın başına 0.5 TeV'lik bir artış olacağını duyurdu; ayrıca saniyede daha fazla çarpışma sağlar. ATLAS ve CMS, 5 Nisan'da LHC'nin bir hızlandırıcı tarafından en yüksek enerjili parçacık çarpışmaları için kendi rekorunu kırdığı için çarpışmalar almaya başladı. Ancak bu yeni verilerin ortaya çıkaracağı şeyler bir süre daha gizli kalacaktı.

Çift kör veriler, gizli

Parçacık hızlandırıcıda yeni bir parçacık aramak, bazı dedektif çalışmalarını içerir. LHC'de iki proton çarpıştığında, Higgs bozonu gibi daha önce görülmemiş varlıklar da dahil olmak üzere bir dizi ağır parçacıktan herhangi birini üretebilirler. Ancak bu parçacıklar kararsız olduklarından, neredeyse anında leptonlar (elektronlar veya müonlar) ve hadronlar (örneğin nötronlar) gibi daha hafif ve daha kararlı parçacıklara dönüşürler - veya "çürürler". Bu bozunma ürünleri, ATLAS ve CMS gibi parçacık detektörleri aracılığıyla yayılır ve bu aletleri oluşturan çeşitli katmanlarda iz ve enerji birikintileri bırakır.

Fizikçiler, milyarlarca çarpışma olayının dedektörlerde bıraktığı parçacıkların izlerinin ve enerjilerinin son durumlarını toplayarak, çarpışmalarda üretilen orijinal parçacığın ne olduğunu belirlemek için geriye doğru çalışabilirler. Veriler tipik olarak, belirli bir parçacığın varlığına karşılık gelen verilerde önemli tümsekler ile birlikte bozunma ürünlerinin kütlelerinin histogramları kullanılarak incelenir.

Higgs bozonunun aranması durumunda, foton çiftleri ve dört lepton için kütle histogramları kritikti. Yani, aramalar bir Higgs bozonunun üretildikten sonra iki fotona dönüşeceği durumlara odaklandı; veya son durumda dört lepton vermek üzere her ikisinin de lepton çiftlerine dönüşmesiyle iki Z bozonuna dönüşeceği durumlar. Hem ATLAS hem de CMS, Aralık 2011 seminerinde bu iki veri setinde hafif bir fazlalık bildirmişti ve bu nedenle 2012'de kaydedilen verileri analiz ederken bazı önlemler aldı.

Bilinçaltı önyargıların, 2011'de görülen sinyalleri artırmak için analizleri optimize etmesini önlemek için, işbirlikleri “kör” bir analiz yaptı. Daha önce hariç tutulan kitle bölgelerindeki veriler, genel verilerin analizlerini optimize etmek için kullanılırken, hariç tutulmayan bölgeler metaforik körlerin arkasında kaldı. Higgs bozonunun varlığı geniş kütle aralıklarında dışlandığı için, bu verileri gürültüyü en aza indirmek ve veri işlemede ince ayar yapmak için kullanmanın hiçbir riski yoktu. Bilim adamları, analiz yöntemlerinden memnun olana kadar, kitlesel ilgi alanları analiz edilmeyecekti. Analiz daha sonra “körlemeyi kaldırma” sürecinin bir parçası olarak tüm veri setine genişletilecektir.

Hızlandırıcı tarafında işler hızla ilerledi ve birkaç hafta içinde LHC, 2011'in tamamında olduğundan daha fazla veri sağladı. 15 Haziran'da, 8 TeV verilerinin ilk gelmeye başlamasından sadece iki ay sonra, deneysel fizikçi Mingming Yang devreye girdi. CMS meslektaşlarının önünde, “iki foton” verilerinin körlüğünün kaldırılmasının sonuçlarını sunmaya hazır. "Bununla kalbim daha da hızlı atıyor," dedi ve bizden sonraki 15 dakika için kendimizi hazırlamalarını isterken.

Bu, "Higgs'ten iki fotona" çalışma grubunun dışındakilerin sonuçları ilk kez görmesiydi. Yang, 2011 ve 2012 verilerinin birleşiminden iki fotonlu kanaldaki fazlalığın 4'ü ihlal ettiğini gösterdi.σ. İki haftadan kısa bir süre sonra, 28 Haziran'da, Andre DavidBugün CMS'de bölüm lideri olan , aynı Higgs-to-iki-foton kanalı için sonuçları sundu, ancak bu, arada toplanan yeni verilerin eklenmesini de içeriyordu.

David, CERN'in ana oditoryumunda CMS için yapılan bir dahili konuşmada dururken, ek verilerle, CMS tarafından görülen 125 GeV'deki fazlalığın artık 4.1'lik bir öneme sahip olduğunu kaydetti.σ. Dolu oditoryumdaki konuşması, tam kör kaldırma gerçekleştirildikten sadece 16 saat sonra gerçekleşti. Her ne kadar CMS'deki bizler, ATLAS'ın tam olarak ne tespit ettiği konusunda karanlıkta kalsak da, yakında onların verilerinin ne gösterdiğini öğrenecektik.

Olayın olduğu oda

4 Temmuz 2012'nin o tarihi gününde, çok az bir saat uykunun ardından sabah 6.15'te tramvaya binip CERN'e döndüm. Koridorlarda ana oditoryuma doğru ilerlerken, girişin dışında, önceki gece gördüğüm girişimci öğrencilerle hâlâ dümende yılan gibi bir kuyruk gördüğüme şaşırdım. Kuyruk, oditoryum girişinden sahanlığa ve bir kat merdivenlerden aşağı sarılır; postaneyi, bankayı ve büfeyi geçerek CERN's Restaurant 1'e girdi; Alpler'i işaret eden kanattaki kahve makinelerine kadar devam etti ve restorandan çıktı.

Oditoryumun ön tarafında kıdemli araştırmacılar ve ileri gelenler için zaten ayrılmış olan birinci sınıf koltuklarla, kuyruklarda mevcut alanları birkaç kez doldurmaya yetecek kadar insan vardı. İçeri giremeyeceklerini bilseler de sıraya girenlerin yüzlerinde parlak bir gülümseme vardı. Sonunda, çok az sayıda insan oditoryuma girmeyi başardı ve toplanan kalabalıklar, ana oditoryumdaki işlemlerin canlı olarak izlenebileceği laboratuvarı çevreleyen birkaç konferans salonuna dağıtılmak zorunda kaldı.

Yıllar boyunca, CERN'in ana oditoryumu birçok ünlü konuşmanın ve bilimsel bildirilerin yeri olmuştur. Ancak parçacık fiziği tarihinde hiç görülmemiş bir şeye tanık olmak üzereydi: dünyanın her yerinden yüz binlerce insan teknik bir bilimsel semineri izlemek için akort ediyor. Asıl amaç, ATLAS ve CMS'den güncellemelerin o yıl Avustralya'nın Melbourne kentinde düzenlenen iki yılda bir düzenlenen Uluslararası Yüksek Enerji Fiziği Konferansı'nda (ICHEP) sunulmasıydı. Ancak CERN, keşfin “evde” duyurulmasını istedi ve bu da ilk kez farklı bir kıtadan bir parçacık fiziği konferansının açılmasına yol açtı. İsviçre'nin Cenevre kentinde gerçekleşmesine rağmen, seminer, iki mekan arasında bağlantı kuran katılımcılarla, ICHEP'in kendisinin bir parçasıydı.

CERN genel müdürü Rolf-Dieter Heuer her iki sitedeki katılımcıları ve web yayınını izleyenleri memnuniyetle karşıladı. Aralık 2011 seminerindeki sırayı tersine çeviren CMS, bu sefer ilk sırada yer alacaktı. Joe Incandela, bu arada işbirliğini temsil eden CMS sözcüsü olarak devraldı. Sunum bir kreşendoya dönüştü ve Incandela fazlalığın kütlesini ve önemini gösteren slayda geçerken, daha o konuşmayı bitirmeden seyirciler alkışlamaya başladı. İşbirliklerinden en az biri yeni bir parçacık görmüştü.

Bu, CMS'de makalemizi herkese açık hale getirmemiz için ipucuydu. Önümüzdeki basın toplantısına yardımcı olmak için ana oditoryumun yanındaki Konsey Odasında otururken, meslektaşlarım ve ben CMS web sitesinin arka ucundaki anahtarı çevirdik ve makaleyi sosyal medyada paylaşmaya başladık. Önümüzde duran dev ekranda Gianotti çok geçmeden konuşmaya başladı ve biz de ATLAS sonuçlarına odaklandık. ATLAS gözleminin ağırlığını ve önemini bize gösterdiğinde kalplerimiz çarpmaya başladı ve biz de alkışlamaya başladık. André David, CMS'den genç uzmanlardan biri olarak oditoryumun önünde olduğunu hatırlıyor: “Diğer takımın sonuçlarını ilk kez görmek, aynı anda birkaç hız trenine binmek gibiydi. Noktaları birleştiriyordum, ATLAS sonuçlarını kendi sonuçlarımızla karşılaştırıyordum ve bunun istatistiksel bir tesadüften daha fazlası olduğunu fark ediyordum."

Higgs sonrası dönemde sevinç

Sonrası benim için bulanık bir şey olmaya devam ediyor. Basın toplantısı Meclis Odası'nda yapıldı ve heyecanımızı güçlükle bastırabildik. Seminer ve basın toplantısı bittiğinde neredeyse öğle yemeğiydi ve çoğumuz restoranda toplanmış olsak da çoğumuz yemek yiyemeyecek kadar heyecanlıydık. Öğleden sonra meslektaşlarımız ve arkadaşlarımızla hevesle sohbet ederek geçti ve işe geri dönmeye hevesli değildik. Katılan herkesin önceki haftalarda harcadığı uzun saatler göz önüne alındığında, hiç kimse kutlamaya dalmak arzusunu dile getirmedi. Bazılarımız hem geleneksel hem de sosyal medyadaki vızıltılara bir memnuniyet duygusuyla baktık. Dünya sonsuza kadar değişmişti ve artık Higgs sonrası dönemdeydik.

Verilere rağmen, hem ATLAS hem de CMS, o gün resmi olarak "Higgs bozonu" olarak adlandırmaktan çekiniyordu - yeni parçacık, Higgs bozonununkilerle tutarlı özelliklere sahip olarak şifreli bir şekilde tanımlandı. Önümüzdeki aylarda, her iki işbirliği de parçacığın çeşitli özelliklerini ölçtü ve gözlemlenen varlığın gerçekten de parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından tahmin edilen Higgs bozonu olduğu iddiasını pekiştirmelerini sağladı.

Ekim 2013'te, 15'nin büyük duyurusundan yaklaşık 2012 ay sonra, CERN'de farklı türden bir beklenti yükselmeye başladı. hakkında söylentiler dolaşmaya başlamıştı. o yılın Nobel Fizik Ödülü. O yıl kime verileceğinin garantisi olmadan yine de kutlamaya hazırlandık. Birkaçımız, İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi tarafından yapılan duyuruyu, normalde LHC ve CMS dedektörünün durumunu gösteren CERN'in 40. Binasının CMS yarısındaki ekranlarda canlı olarak yayınlamaya karar verdik.

Hem CMS hem de ATLAS'tan kalabalıklar, ekranların önündeki kafeteryanın yanında toplanmaya başladı ve binada büyük bir tezahürat yankılandı. François Englert ve peter higgs en son Nobel ödüllü olacaktır. 2012'te yapılan teorik çalışmayı doğrulamak için deneysel işbirliklerinin 1964'de oynadığı rolü kutlamak için şampanya kadehleri ​​kaldırıldı.

O zamandan beri CERN'in benzer öneme sahip başka bir kutlama yapmamış olması üzücü. Enerji sınırındaki okyanuslar yeni parçacık adaları ortaya çıkarmadı. Ancak bu, umudun kaybolduğu anlamına gelmez. Yazma sırasında, LHC başka bir veri toplama çalışmasına başlamak üzere, bu sefer hızlandırıcının tasarlandığı 14 TeV'lik maksimum çarpışma enerjisine daha da yaklaşıyor. Sonuçta, LHC'nin kullanım ömrü boyunca potansiyel veri hacminin %95'inden fazlası hala teslim edilmeyi bekliyor. Higgs bozonu, uçsuz bucaksız bilinmeyeni keşfetmek için araç setimizin hayati bir parçası haline geldi ve David'in dediği gibi, “Yüzeyi zar zor çizdik.”