Mamy pierwsze ślady rzadkiego rozpadu bozonu Higgsa. Czy to dowód na istnienie cząstek nieznanych fizyce?

W tym artykule:

1. Bozon Higgsa, cząstka ważna dla wszystkich innych
2. Rozpad bozonu Higgsa
3. Kolejne odsłony LHC

Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider, LHC) został uruchomiony w europejskim ośrodku badań jądrowych CERN już piętnaście lat temu. Cztery lata później, w lipcu 2012 r., naukowcy poinformowali o największym odkryciu, jakiego dotychczas dokonano z jego pomocą.

Było nim potwierdzenie istnienia bozonu Higgsa, cząstki fundamentalnej nazwanej tak od Petera Higgsa, brytyjskiego fizyka. W 1964 roku Higgs zaproponował teorię wyjaśniającą, w jaki sposób cząstki uzyskują masę. Miał w tym pośredniczyć właśnie tajemniczy bozon.

Do 2012 roku teoria ta pozostawała niepotwierdzona. Dziś jednak bozon Higgsa, zwany też Boską Cząstką, jest ważną częścią składową Modelu Standardowego. Czyli „atlasu” cząstek elementarnych, z jakich składa się materia we Wszechświecie.

Bozon Higgsa, cząstka ważna dla wszystkich innych

– Cząstka elementarna nazwana bozonem Higgsa pozwala wytłumaczyć, dlaczego cząstki fundamentalne mają takie, a nie inne masy – pisze w książce „Wszechświat. Biografia” astronom Paul Mudrin. – Bez odwołania się do jej istnienia wyjaśnienie tego faktu jest niemożliwe – zauważa.

Wielki Zderzacz Hadronów odkrył nowe cząstki. Przybliżą nas do odkrycia natury materii?

Zupełnie nową cząstkę – tetrakwark o nazwie X (6900) – odkryto w ośrodku CERN pod Genewą. Cząstka złożona z czterech kwarków może przybliżyć naukowców do odkrycia, w jaki sposób ...

Bozon Higgsa ciągle bardzo interesuje naukowców. – Każda cząstka istnieje w specjalnej relacji z bozonem Higgsa – mówiła w tym tygodniu Pamela Ferrari związana z eksperymentem ATLAS, jednym z detektorów LHC. – Dlatego poszukiwanie rzadkich rodzajów rozpadu bozonu Higgsa jest priorytetowe – dodawała.

Rozpad bozonu Higgsa

Ferrari wystąpiła na konferencji w Belgradzie, gdzie naukowcy pracujący z detektorami cząstek ATLAS i CMS przedstawili wyniki poszukiwań śladów rzadkiego rozpadu bozonu Higgsa. Zgodnie z Modelem Standardowym, w 0,15% przypadków bozon Higgsa rozpada się inny rodzaj bozonu – obojętny elektrycznie bozon Z oraz foton.

Jednak teorie, które próbują wykroczyć poza Model Standardowy, przewidują, że wskaźnik tego typu rozpadu będzie nieco inny. Gdyby wyniki z detektorów okazały się odbiegać od 0,15%, byłoby to wsparcie dla alternatywnych modeli fizyki cząstek. A tym samym szansa na uchwycenie nieznanych jeszcze cząstek, które mogą uzupełniać luki w opisie np. ciemnej materii i ciemnej energii. Czyli dwóch tajemniczych składników Wszechświata.

Naukowcy wykorzystali dane z drugiej sesji pracy LHC, czyli z okresu 2015–2018 r. Na razie udało im się uchwycić ślady rozpadu bozonu Higgsa na bozon Z i foton. Nie uzyskali jednak wyników, które byłyby niezgodne z Modelem Standardowym.

Kolejne odsłony LHC

To jednak może zmienić się w przyszłości. Rok temu LHC został ponownie uruchomiony po kilkuletniej modernizacji. Został usprawniony tak, by zwiększyć energię nadawaną rozpędzanym w nich wiązkom protonów. Zmniejszono też średnicę tych wiązek. Zwiększa to szansę, że dojdzie do większej ilości zderzeń tworzących je cząstek.

Detektory ATLAS i CMS mają teraz rejestrować 1,6 mld zderzeń na sekundę. To dwadzieścia razy więcej niż w czasach, gdy zderzenia wewnątrz LHC doprowadziły od odkrycia bozonu Higgsa. Dysponując nowymi możliwościami, naukowcy chcą raz jeszcze przyjrzeć się bozonowi Higgsa i jego rozpadom.

Ile waży neutrino? Naukowcy w końcu zważyli najlżejszą cząstkę elementarną znaną fizyce

Fizycy właśnie pobili kolejny rekord. Udało im się określić, ile waży neutrino – nieuchwytna cząstka elementarna.

– Trwająca właśnie trzecia runda pracy LHC i przyszły High-Luminosity LHC zwiększą dokładność testów. To pozwoli rejestrować nawet jeszcze rzadsze rozpady bozonu Higgsa – zapowiadała na konferencji Florencia Canelli, fizyczka pracująca z detektorem CMS.

LHC będzie pracował teraz do 2026 r. Potem zostanie zmodernizowany do High-Luminosity LHC. W tej odsłonie ilość rejestrowanych przez jego detektory zderzeń zostanie powiększona o czynnik 10. High-Luminosity LHC ma zacząć działać w 2029 roku.

Źródła: phys.org, LHCP Conference.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com