Przejdź do treści

Święty Graal fizyki odnaleziony?

Po kil­ku­dzie­sięciu la­tach szu­kania, CERN po­in­for­mował na kon­fe­rencji pra­sowej we wtorek 13 grudnia, że zna­lazł ślady ist­nienia bo­zonu Higgsa – „bo­skiej cząstki”, której ist­nienie za­kłada tzw. Model Stan­dar­dowy fi­zyki. Dwa nie­za­leżne ze­społy ba­dawcze okre­śliły nawet w przy­bli­żeniu taką samą masę długo po­szu­ki­wanej czą­steczki – wy­nosi ona około 125 GeV (gi­ga­elek­to­no­woltów). To jeszcze nie jest ofi­cjalne po­twier­dzenie ist­nienia bo­zonu Higgsa, ale uczeni z CERNu są już na­prawdę blisko…

Model Stan­dar­dowy jest jedną z naj­waż­niej­szych teorii współ­cze­snej fi­zyki, jego pod­stawy teo­re­tyczne za­częto for­mu­łować w la­tach 70-​tych XX wieku. Sta­nowi zbiór wszyst­kich zna­nych czą­stek ele­men­tar­nych two­rzą­cych ma­terię i siły obecne we wszech­świecie. Więk­szość jego prze­wi­dywań po­twier­dzono do­świad­czalnie już w la­tach 80-​tych XX wieku. Model za­kłada ist­nienie bo­zonu Higgsa, który ma od­po­wiadać za masę in­nych czą­stek, będąc no­śni­kiem tzw. pola Higgsa, z którym od­dzia­łują wszystkie po­zo­stałe czą­steczki. Te ro­dzaje czą­stek, które od­dzia­łują sil­niej z polem, mają większą masę od tych, które od­dzia­łują sła­biej. Stąd bozon Higgsa na­zy­wany jest też „boską cząstką” – jest po prostu od­po­wie­dzialny za to, że ma­teria po­siada masę. Fi­zycy w teorii wie­dzieli, że praw­do­po­dobnie ist­nieje, ale nie mogli do­świad­czalnie zna­leźć cząstki w realu. Chęć wy­krycia bo­zonu Higgsa była jedną z przy­czyn bu­dowy, war­tego dzie­sięć mi­liardów euro, Wiel­kiego Zder­zacza Ha­dronów (LHC) w cen­trum ba­daw­czym CERN pod Ge­newą. Gdyby go nie od­na­le­ziono, Model Stan­dar­dowy nada­wałby się do kosza, a w naj­lep­szym razie do ra­dy­kalnej przeróbki.

Ostatnio nad od­kry­ciem bo­zonu pra­co­wały w CERNie dwie nie­za­leżne ekipy ba­dawcze, skró­towo na­zy­wane ATLAS i CMS. Każdy ze­spół sto­sował inne tech­no­logie i me­tody, aby wza­jemnie się spraw­dzać. – Zna­le­zienie tej cząstki by­łoby wspa­niałym zwy­cię­stwem fi­zyki teo­re­tycznej – mówi John Ellis, były szef działu fi­zyki teo­re­tycznej w CERN, obecnie pro­fesor w King’s Col­lege. – Fi­zycy bo­wiem już dawno prze­wi­dzieli ist­nienie bo­zonu Higgsa. Teraz trzeba go od­na­leźć w świecie re­alnym. Bozon to prawie nasz Święty Graal!

Z ana­lizy da­nych uzy­ska­nych przez ATLAS wy­nika, że masa bo­skiej cząstki znaj­duje się w prze­dziale 116–130 GeV. Dane CMS wska­zują na prze­dział 115–127 GeV. To bardzo wy­soka zgod­ność, ale jeszcze zbyt mała by stwier­dzić, że bozon Higgsa zo­stał odkryty.

Aby w pełni po­twier­dzić od­krycie, uczeni chcą jednak prze­pro­wa­dzić więcej eks­pe­ry­mentów, któ­rych re­zul­taty nie po­winny być znane wcze­śniej niż w po­łowie 2012 r. Obie­cu­jący wy­daje się jednak fakt, że każdy z ze­społów pro­wadzi ba­dania w inny sposób, a ich wy­niki są zbieżne. „Ogra­ni­czy­liśmy naj­bar­dziej praw­do­po­dobny re­gion masy bo­zonu Higgsa do 116–130 GeV i w ciągu ostat­nich kilku ty­godni za­czę­liśmy ob­ser­wować in­try­gu­jącą nad­wyżkę przy­padków w oko­licy masy 125 GeV. Te nad­wyżki mogą być fluk­tu­acją, ale może to być też coś bar­dziej in­te­re­su­ją­cego. Nie mo­żemy sfor­mu­łować żad­nych kon­kluzji na tym etapie. Po­trze­bu­jemy głęb­szych analiz i więcej da­nych. Zwa­żywszy na do­sko­nałe dzia­łanie LHC w tym roku, nie bę­dziemy mu­sieli czekać długo na wy­star­cza­jącą ilość da­nych, by roz­wiązać tę za­gadkę w roku 2012″ – po­in­for­mo­wała w ko­mu­ni­kacie rzecz­niczka eks­pe­ry­mentu ATLAS Fa­biola Gianotti.

„Nie mo­żemy wy­klu­czyć obec­ności bo­zonu Higgsa w ra­mach Mo­delu Stan­dar­do­wego między 115 i 127 GeV w związku z nie­wielką nad­wyżką przy­padków w tym ob­szarze, która po­jawia się spójnie w pięciu nie­za­leż­nych ka­na­łach. Nad­wyżka jest naj­bar­dziej zgodna z bo­zonem Higgsa w ra­mach Mo­delu Stan­dar­do­wego w oko­licy 124 GeV i po­niżej, ale sta­ty­stycznie nie jest wy­star­cza­jąco duża, by po­wie­dzieć co­kol­wiek roz­strzy­ga­ją­cego. Na dzień dzi­siejszy, to, co ob­ser­wu­jemy, jest zgodne tak z fluk­tu­acją tła, jak z obec­no­ścią bo­zonu. Ulep­szone ana­lizy i do­dat­kowe dane do­star­czone w 2012 roku przez tę wspa­niałą ma­szynę udzielą de­fi­ni­tywnej od­po­wiedzi” – za­po­wie­dział z kolei rzecznik eks­pe­ry­mentu CMS Guido Tonelli.

Ofi­cjalne po­twier­dzenie od­krycia bo­skiej cząstki na­zy­wane jest w żar­gonie „wy­da­rze­niem 5-​sigma”. Jak prze­wi­duje pro­fesor Ellis bę­dzie to miało miejsce latem przy­szłego roku.

Powiązane materiały: