W środę wyniki dotychczasowych poszukiwań cząstki Higgsa

Wyniki pomiarów zderzeń protonów, dokonanych w akceleratorze LHC (Wielkim Zderzaczu Hadronów) w 2012 r., mają zostać zaprezentowane w środę w siedzibie CERN-u w Genewie. Fizycy podzielą się wynikami swoich dotychczasowych poszukiwań cząstki Higgsa - sławnego, nazywanego "boską cząstką", brakującego elementu w modelu opisującym subatomowy świat.

Do końca nie wiadomo, czy będą gotowi ostatecznie ogłosić, że pościg został już zakończony sukcesem. "To jest utrzymywane w ścisłej tajemnicy. Bardzo wąska grupa ludzi to wie, a reszta może się tylko domyślać" - powiedział PAP Roszkowski, który kieruje grupą badaczy teoretyków w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Jego zespół, finansowany głównie przez Fundację na Rzecz Nauki Polskiej w ramach programu Welcome, zajmuje się analizą wniosków wynikających z danych doświadczalnych, m.in. uzyskanych w LHC przez grupy doświadczalne.

Jak przypomniał, dotychczas opublikowane wyniki wskazują, że detektory zainstalowane przy LHC zauważają zjawiska, które mogą być konsekwencją pojawienia się cząstki Higgsa i większość fizyków spodziewa się, że w końcu jej odkrycie zostanie oficjalnie potwierdzone. Czy jednak stanie się to w środę, tego nie wiadomo.

"Naukowcy mają bardzo wysokie standardy, jeśli chodzi o ogłaszanie wyników swoich odkryć. Żeby ogłosić oficjalnie odkrycie, należy wykluczyć wszystkie inne możliwości, a do tego potrzeba dużej ilości danych. W przeszłości bywały takie sytuacje, kiedy wydawało się, że coś jest, a później okazywało się, że to była tylko fluktuacja. Dlatego naukowcy podchodzą do tego bardzo ostrożnie" - powiedział Roszkowski.

Według Roszkowskiego odkrycie cząstki Higgsa nie oznacza końca emocji. Nie wiadomo bowiem, jaką dokładnie masę będzie miała, jeśli jej istnienie się potwierdzi. Na razie naukowcy ustalili, że jeśli bozon Higgsa istnieje, to jego masa została poprzednio ograniczona do zakresu 116-130 GeV przez eksperyment ATLAS i do zakresu 115-127 GeV przez CMS.

"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" - mówiła mediom rzeczniczka eksperymentu ATLAS Fabiola Gianotti w grudniu ubiegłego roku.

"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 dziś to, co obserwujemy, jest zgodne tak z fluktuacją tła, jak i z obecnością bozonu. Ulepszone analizy i dodatkowe dane dostarczone w 2012 roku przez tę wspaniałą maszynę udzielą definitywnej odpowiedzi" - zapowiadał również w grudniu rzecznik eksperymentu CMS Guido Tonelli.

1 GeV, czyli jeden Gigaelektronowolt to w przybliżeniu masa protonu. Wszystko wskazuje więc na to, że cząstka Higgsa jest od 115 do 130 razy cięższa niż proton. Od tego, jaka dokładnie jest ta masa, może zależeć przyszłość fizyki cząstek elementarnych. Stawką jest dopełnienie Modelu Standardowego - teorii, która opisuje wszystkie znane cząstki elementarne oraz oddziaływania między nimi. W swojej pierwotnej wersji model nie był jednak kompletny. Nie uwzględniał bowiem mas cząstek, traktując je, jakby w ogóle masy nie miały.

Najpowszechniej przyjętym przez fizyków sposobem uzupełnienia teorii jest koncepcja wypełniającego całą przestrzeń pola. Jedne cząstki bardziej w nim "grzęzną", a inne mniej, w zależności od swojego ładunku oddziaływań słabych. W ten sposób mają większą lub mniejszą bezwładność (czyli masę). Zjawisko to jest nazywane mechanizmem Brouta–Englerta–Higgsa. Mechanizm ten przewiduje ponadto istnienie również jednej lub większej liczby innych, nieznanych dotąd cząstek - bozonów Higgsa. Samego mechanizmu Brouta-Englerta-Higgsa nie można doświadczalnie zaobserwować, ale cząstki Higgsa już tak.

Według Roszkowskiego możliwy jest scenariusz, że cząstka Higgsa zostanie odkryta, w ten sposób ta teoria się potwierdzi, Model Standardowy zostanie skompletowany i zamknie się wielki rozdział fizyki cząstek. Tylko, że w ten scenariusz mało kto dziś wierzy.

"Byłby to zresztą bardzo smutny koniec. Model Standardowy jest świetnie potwierdzony doświadczalnie. Jednak ma w sobie tyle znaków zapytania, że trudno jest wierzyć, że jest on teorią kompletną i naprawdę fundamentalną" - wyjaśnia fizyk.

Model nie wyjaśnia na przykład czym jest ciemna materia. Jej obecność we Wszechświecie została zaobserwowana przez astronomów. Są to ogromne skupiska materii, która na pewno ma masę, bo grawitacyjnie oddziałuje na obiekty kosmiczne. Nie widać jej jednak, ponieważ nie świeci, ani nie odbija światła, co oznacza, że składa się z nieznanych dotąd cząstek, niezdolnych do oddziaływań elektromagnetycznych. Ciemna materia stanowi około jednej czwartej bilansu masy-energii Wszechświata - jest jej kilkakrotnie więcej niż znanej nam na co dzień materii, z której się składamy.

Ponadto w Modelu Standardowym znane dobrze fizykom cząstki - neutrina - mają zerową masę. Wiadomo natomiast, że w rzeczywistości mają one masę, chociaż bardzo niewielką.

Od czterdziestu lat fizycy pracują nad rozszerzeniem Modelu Standardowego, które pozwoliłoby rozwikłać tę i inne zagadki. Najbardziej popularną hipotezą jest tzw. teoria supersymetrii. Teoria supersymetrii przewiduje istnienie wielu nowych cząstek - mniej więcej drugie tyle, ile znamy obecnie. W tej teorii jest nie jeden bozon Higgsa, a kilka. Najlżejsza z nich ma dość dobrze określoną masę w odróżnieniu od cząstki, którą przewiduje się jako uzupełnienie istniejącego Modelu Standardowego.

"W Modelu Standardowym masa bozonu Higgsa jest wolnym parametrem. Może być, w zasadzie, tak mała jak masa protonu lub tak duża jak tysiąc mas protonu. Wiemy jednak z danych doświadczalnych, że już teraz bardzo nieduże okienka na masę cząstki Higgsa pozostały otwarte. W najbardziej popularnych modelach supersymetrycznych jedna z cząstek Higgsa musi mieć masę rzędu 100-130 mas protonu. I to jest dokładnie to okno, które pozostało. Jesteśmy więc wszyscy bardzo podekscytowani" - podkreślił Roszkowski.

Niuanse masy cząstki Higgsa mogą mieć ogromne znaczenie dla realizacji poszczególnych scenariuszy. A od tego może zależeć jaka nowa teoria zastąpi Model Standardowy. Oczywiście wciąż możliwe jest, że fizycy ogłoszą, że tak naprawdę bozonu Higgsa w ogóle nie ma. Oznaczałoby to przekreślenie Modelu Standardowego i konieczność budowania zupełnie innej teorii i poszukiwania sposobów badania świata doświadczalnie. Ten scenariusz jest jednak, według fizyków, najmniej prawdopodobny.

Dla nich więc pytanie nie brzmi dziś, czy cząstka Higgsa istnieje czy nie, ale czy jej odkrycie będzie oznaczało koniec rozdziału, czy początek kolejnego, otwierającego zupełnie nową księgę dziejów odkrywania mikroświata cząstek oraz z czego naprawdę składa się Wszechświat.

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Rybicka

ula/ agt/