Model Standardowy to złożona struktura teoretyczna, skonstruowana w latach 70. ubiegłego wieku, aby w spójny sposób powiązać informacje o cząstkach elementarnych materii (to: kwarki, a także elektrony, miony, taony i neutrina), a także sił elektromagnetycznych (fotonów) i jądrowych (gluonów w przypadku oddziaływań silnych, bozonów W i Z w przypadku oddziaływań słabych).

Powszechne wśród naukowców przekonanie o konieczności istnienia nowej fizyki wynika z faktu, że za pomocą Modelu Standardowego nie można udzielić odpowiedzi na szereg fundamentalnie ważnych pytań:

• Dlaczego cząstki elementarne mają takie a nie inne masy?

• Z czego składa się ciemna materia, której ślady obecności tak wyraźnie widać w kosmosie?

• Z czego wynika przewaga materii nad antymaterią we Wszechświecie?

• Jak działa grawitacja?

Nadzieją na rozszerzenie Modelu Standardowego był odkryty w detektorach akceleratora LHC już kilkanaście lat temu bozon Higgsa (ogłoszono to w 2012 r.), który związany jest z mechanizmami odpowiedzialnymi za nadawanie cząstkom masy. Bozon Higgsa okazał się cząstką tak trudną do wyprodukowania i obserwacji, że mimo upływu czasu jego właściwości wciąż nie zostały poznane z zadowalającą dokładnością.

Teraz w prestiżowym „Physical Review Letters”  ukazały się kolejne badania, w których jeszcze dokładniej opisano własności tej “boskiej cząstki”. Analizy te streszczono w przesłanym PAP komunikacie IFJ PAN.

W badaniach brała udział międzynarodowa grupa fizyków teoretyków z udziałem Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, RWTH Aachen University (RWTH) w Aachen oraz Max-Planck-Institut für Physik (MPI) z Garching koło Monachium.

"Wygląda na to, że w obrębie badanych przez nas mechanizmów odpowiedzialnych za powstawanie bozonów Higgsa nie widać zwiastunów nowej fizyki – przynajmniej na razie” - podsumowuje pracę zespołu dr Rene Poncelet (IFJ PAN), współautor.

I precyzuje: "Dla fizyka jednym z najważniejszych parametrów związanych z każdą cząstkę elementarną czy jądrową jest przekrój czynny na określone zderzenie. Niesie on bowiem informację o tym, jak często możemy spodziewać się pojawienia danej cząstki w zderzeniach wybranego typu. My skoncentrowaliśmy się na teoretycznym wyznaczeniu wartości przekroju czynnego bozonów Higgsa w zderzeniach gluon-gluon. Są one odpowiedzialne za produkcję około 90 proc. higgsów, których ślady obecności zarejestrowano w detektorach akceleratora LHC".

Prof. Michał Czakon (RWTH) uzupełnia: "Istotą naszych prac była chęć uwzględnienia przy wyznaczaniu przekroju czynnego na produkcję bozonów Higgsa pewnych poprawek, które - z uwagi na pozornie niewielki wkład - zazwyczaj są pomijane, ponieważ ich zignorowanie znacząco upraszcza obliczenia. Nam po raz pierwszy udało się pokonać trudności matematyczne i wyznaczyć te poprawki".

Wyliczone w artykule poprawki drugorzędowe, pozornie niewielkie, wnoszą niemal jedną piątą do wartości poszukiwanego przekroju czynnego. Dla porównania: poprawki trzeciego rzędu są na poziomie trzech procent (ale za to redukują niepewności obliczeniowe do zaledwie jednego procenta).

Nowością w omawianym artykule było uwzględnienie wpływu mas kwarków pięknych, co doprowadziło do niewielkiego, ale zauważalnego dodatkowego przesunięcia wartości o około jeden procent.

Najnowsze osiągnięcie teoretyków z IFJ PAN, RWTH i MPI nie wyklucza jeszcze w sposób ostateczny obecności nowej fizyki w zjawiskach towarzyszących narodzinom bozonów Higgsa. Wiele może się bowiem zmienić, gdy analizom zaczną być poddawane dane ze stopniowo się rozpoczynającego, czwartego cyklu badawczego Wielkiego Zderzacza Hadronów.

Coraz liczniejsze obserwacje nowych zderzeń cząstek mogą pozwolić tak zawęzić niepewności pomiarowe, że zmierzony przedział dozwolonych wartości przekroju czynnego na produkcję higgsów przestanie się pokrywać z wyznaczonym przez teorię. Czy tak się stanie, fizycy przekonają się za kilka lat.

“Na razie Model Standardowy może się czuć bezpieczniej niż kiedykolwiek – i fakt ten powoli zaczyna się stawać najbardziej zaskakującym odkryciem dokonanym za pomocą akceleratora LHC” - komentują przedstawiciele zespołu badawczego.

Komunikat na temat badań dostępny jest na stronie IFJ PAN.

Nauka w Polsce

lt/ agt/