Cały otaczający nas świat - planety, gwiazdy, ludzie, składają się z cząstek elementarnych, które dzisiaj mają łatwą do zauważenia masę. Jednak, jak twierdzą fizycy, nie zawsze tak było - na początku ewolucji wszechświata elementarne cząstki nie miały masy i w związku z tym poruszały się swobodnie z prędkością światła.

Wszystkie obiekty, które znamy, mogły powstać dzięki temu, że w pewnym momencie cząstki elementarne uzyskały masę, a stało się to za sprawą pola Higgsa.

Dokładnie 10 lat temu istnienie tego pola udało się potwierdzić dzięki wykryciu związanej z nim cząstki - bozonu Higgsa, którego istnienie po raz pierwszy w 1964 roku zaproponował Peter Higgs.

Przy masie 120 razy większej od masy protonu bozon Higgsa to druga pod względem ciężkości znana cząstka. Jednocześnie jego czas życia wynosi zaledwie 10 do -22 potęgi sekundy. To oznacza, że nie można go znaleźć w naturze.

Bozon udało się wykryć w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) - pierwszym urządzeniu zdolnym do wyprodukowania takiej cząstki (https://www.youtube.com/watch?v=so2nCu2Jkbc&list=PLAk-9e5KQYEqvdBn_fSMsuVPt-qOBhEEv). Potem, w kolejnych eksperymentach fizycy potwierdzili, że faktycznie wykryli bozon Higgsa.

W jaki sposób? Oprócz masy, wszystkie właściwości cząstki były przewidziane w teoretycznych obliczeniach. Trwająca rok analiza właściwości wykrytej cząstki dała pewność - w LHC udało się wykryć właśnie bozon Higgsa.

Dzięki temu odkryciu rok 2013 r. przyniósł Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki Peterowi Higgsowi i Francois Englertowi, którzy przewidzieli istnienie tej cząstki i przyczynili się do zrozumienia, skąd bierze się masa cząstek, z których składa się otaczająca nas materia.

Od 2012 r. fizycy wiele się na temat bozonu Higgsa nauczyli. Zbadali na przykład siłę oddziaływań z innymi cząstkami, w tym tworzącymi materię. Potem, w kolejnych latach okazało się, że bozon rozpada się na mniejsze cząstki, takie jak kwarki czy leptony, również w zgodzie z wcześniejszym przewidywaniami.

W najbliższym czasie naukowcy spodziewają się kolejnych odkryć. Na 5 lipca tego roku planowane jest rozpoczęcie zbierania danych na Wielkim Zderzaczu Hadronów przy rekordowej energii zderzenia 13.6 TeV. Bedzie to oznaczało początek tzw. LHC Run3, czyli trzeciego okresu pracy tego urządzenia badawczego (https://www.youtube.com/watch?v=9YGW75oOoRo).

Badania kolejnych pokoleń cząstek powstających po rozpadzie bozonu mają np. ujawnić więcej informacji na temat tego, w jaki sposób pole Higgsa nadaje cząstkom masę. Bozon może też ukazać nowe dane na temat ewolucji wczesnego wszechświata i ciemnej materii.

Naukowcy mówią, że dzięki eksperymentom prowadzonym z jeszcze większą precyzją może się nawet uda zauważyć zjawiska należące do tzw. „nowej fizyki”, które wykraczają poza obecne modele.

To wszystko są badania podstawowe z pytaniami o naturę kosmosu, w którym żyjemy. Jednak eksperci uważają, że taka wiedza z czasem może nawet przerodzić się w praktyczne zastosowania. Jako przykład podają wykrycie elektronu przez Josepha Thomsona w 1897. Dzięki temu wydarzeniu istnieje np. cała elektronika, którą znamy, choć odkrywca prawdopodobnie nie zdawał sobie sprawy z konsekwencji swojego dokonania. Podobnie może być z bozonem Higgsa.

4 lipca CERN organizuje rocznicowe sympozjum na temat bozonu, z transmisją internetową (https://home.cern/events/anniversary-discovery-higgs-boson).

Ciekawi natury i znaczenia tego wyjątkowego odkrycia mogą zdobyć więcej informacji na jego temat dzięki podcastowi „Kanapa fizyków”. Odcinek podcastu poświęcony odkryciu bozonu Higgsa czeka na zainteresowanych widzów w serwisie YouTube na kanale Instytutu Fizyki Jądrowej PAN.

Więcej informacji na stronach: https://home.cern/press/2022 https://home.cern/science/physics/higgs-boson https://home.cern/events/anniversary-discovery-higgs-boson (PAP)

Marek Matacz

mat/ ekr/