W lipcu 2012 r. eksperci z Europejskiego Ośrodka Badań Jądrowych CERN pod Genewą informowali o odkryciu cząstki, która zdawała się być nieuchwytnym dotychczas bozonem Higgsa. Ślady jego obecności zaobserwowano w CMS i ATLAS, dwóch wielkich detektorach działających przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Istnieje tej cząstki przewidziano teoretycznie niemal pół wieku temu. Została ona uwzględniona w równaniach tzw. Modelu Standardowego – matematycznych ramach, które pozwalają opisać znane fizykom cząstki i zachodzące między nimi oddziaływania podstawowe (elektromagnetyczne, słabe i silne).

Faktyczne odkrycie cząstki Higgsa stanowiłoby dla fizyków dowód na istnienie mechanizmu wyjaśniającego, od czego zależy masa cząstek. Z biegiem czasu Model Standardowy doczekał się różnych rozszerzeń – modeli, w których dopuszczano istnienie różnych wersji bozonu Higgsa (przy czym zawsze pozwalających wyjaśnić masę cząstek). Naukowcy są przekonani, że tak różne rodzaje cząstek Higgsa powinny dawać o sobie znać w potężnych detektorach LHC na nieco odmienne sposoby. W pewnych przypadkach różnice te powinny być naprawdę minimalne.

Jednym z powodów, dla których bozon Higgsa nie dawał się wykryć przez ponad 20 lat, jest jego nietrwałość. Gdy tylko powstaje, od razu rozpada się na inne, lepiej znane cząstki, takie jak kwarki, elektrony i fotony. Naukowcy szukający cząstki Higgsa bacznie obserwują, czy w ich doświadczeniach nie pojawia się nadprogramowa ilość takich cząstek, co mogłoby oznaczać, że są one śladem po bozonie.

Kiedy w lipcu naukowcy z CERN po raz pierwszy ogłosili, że prawdopodobnie mają Higgsa, jednocześnie informowali o wykryciu prawdopodobnych śladów obecności dość rzadkiej jego odmiany. Teraz naukowcy z eksperymentów ATLAS i CMS zdają wstępną relację z kolejnych analiz, które przeprowadzili na dwa i pół razy większej liczbie danych, niż w lipcu. Ich celem było nie tylko potwierdzenie samej obecności bozonu, co również ustalenia dotyczące jego właściwości.

To, czy dana cząstka jest faktycznie Higgsem - można stwierdzić, obserwując jej oddziaływania z innymi cząstkami i badając jej właściwości kwantowe, na przykład tzw. parzystość i spin. Właściwości te można określić podczas bardzo dokładnej analizy rozpadu jednej cząstki na inne. Zakłada się, że bozon Higgsa jako jedyna cząstka elementarna Modelu Standardowego jest spinu pozbawiony, a jednocześnie - parzysty. Wyniki eksperymentów potwierdziły takie właśnie właściwości u zaobserwowanej w lipcu cząstki.

"Wstępne wyniki i zestaw danych z roku 2012 są znakomite. Jak dla mnie jasne jest, że mamy do czynienia z bozonem Higgsa, choć pozostało wiele do zrobienia, aby ustalić, jaką jego odmianę napotkaliśmy" - oznajmił rzecznik CMS, Joe Incandela.

"Tak fantastyczne wyniki zawdzięczamy ogromnemu wysiłkowi wielu zaangażowanych w badania ludzi. Wskazują one na to, że nowa cząstka posiada wartość spinu i parzystości charakterystyczne dla bozonu Higgsa, odpowiadające Modelowi Standardowemu" - dodał rzecznik eksperymentu Atlas, Dave Charlton.

Wyniki ogłoszone w czwartek wymagają kolejnych potwierdzeń. Aby się upewnić, że dany bozon faktycznie Higgsa odpowiada Modelowi Standardowemu, naukowcy muszą jeszcze dokładnie zmierzyć czas, w jakim rozpada się on na on na inne cząstki, a wyniki porównać z prognozami. Wykrycie bozonu zdarza się jednak skrajnie rzadko. Udaje się go zaobserwować zaledwie raz na ok. bilion zderzeń protonów. (PAP)

zan/ tot/