Balázs Richárd
Először figyelték meg a Higgs-bozon tevékenységét
A világ legnagyobb részecskegyorsítójának adatai elsőként nyújtanak betekintést a Higgs-bozon munkájába.
Fél évszázadon át a Higgs-bozon volt a részecskefizika standard modelljének utolsó hiányzó darabja, ami megmondja, hogyan lépnek kölcsönhatásba az alapvető részecskék és erők. A Nagy Hadronütköztető (LHC) ATLAS kísérlete egyike volt a Higgs 2012-es felfedezésében közreműködő detektoroknak, melynek fizikusai most a W-bozonoknak nevezett részecskékkel tesztelik a Higgs működését. "Nagyon jól ismerjük ezeket a részecskéket, de soha nem láttunk még ilyen kölcsönhatást" - utalt a részecskék egymásról való lepattanásának észlelésére a detektor belsejében Marc-André Pleier, az amerikai Brookhaven Nemzeti Laboratórium tudósa. "Ezzel a méréssel le tudjuk ellenőrizni, hogy a Higgs-bozon teszi-e a dolgát"
A Higgs-től azt várják, hogy megmagyarázza, miért van tömegük egyes gyenge kölcsönhatást közvetítő részecskéknek, mint a W- és a Z-bozonok, míg mások, például a fotonok nem rendelkeznek tömeggel. Az a tény, hogy a W- és Z-bozonok tömeggel rendelkeznek, míg a foton tömeg nélküli komoly gátja volt az elektrogyenge elmélet kifejlesztésének. Ezek a részecskék egy úgynevezett SU(2)-mértékelmélettel írhatóak le, de ezeknek a bozonoknak a SU(2) mértékelmélet szerint tömeg nélkülieknek kellene lenniük. Szükség volt valamilyen jelenségre, ami megsérti az SU(2)-szimmetriát, tömeget adva a W- és Z-bozonoknak Az elméleti fizikusok felismerték, hogy a Higgs megoldhatja a rejtélyt. Ha lehetővé teszik a W-bozonoknak egy Higgs bekeveredését az ütközésekkor, azzal megoldódik a probléma. "Ez az egyik dolog, amiért úgy vélik, léteznie kell a Higgs-bozonnak" - mondta Matthew Herndon, a Wisconsin Madison Egyetem kutatója, aki hasonló problémák megoldásán dolgozik egy másik LHC kísérletben, a CMS-ben.
A Higgs felfedezése óta a fizikusok aprólékos vizsgálódásba kezdtek a bozon tulajdonságait illetően, hogy lássák, vajon tényleg Standard Modell által megjósolt részecskéről van-e szó. "Elég mélyreható elképzelésünk van erről a bozonról" - mondta Pleier. "Mint egy vadnyugati körözési plakát, ahol a szem színe, vagy egy forradás, vagy bármi megfelel az adott kvantumtulajdonságoknak. Ezt tesszük a Higgs-bozon közvetlen méréseivel"
Eddig a Higgs már-már zavaróan tökéletes egyezést mutat az elméletekkel. Az LHC 2015-ig zajló karbantartási munkálatai miatti leállásával úgy tűnt, a fizikusoknak várniuk kell a további információkra, van azonban egy másik módszer a Higgs vallatására, a működésének a tesztelése. Amennyiben a W-bozonok képesek például egynél több Higgst kicserélni, akkor gyakrabban pattannak le egymásról, mint a Standard Modell jósolja. "A szóródási folyamatok arányának és a tapasztalt energiáknak elég drasztikusan változniuk kell, jó esélyt adva az új fizika felfedezésére" - mondta Herndon.
A dolog nem mentes a kihívásoktól, a W-bozonok rendkívül ritkán pattannak le egymásról az LHC kísérletei szerint, és még ennél is ritkább egy Higgs-bozon keletkezése. Az LHC protonpárok fénysebességhez közeli ütköztetésével működik. Néha ezeknek a protonoknak az egyike egy W-bozont bocsát ki. Csak akkor észlelhető szóródás, ha mindkét protonnak sikerül egy időben kibocsátani egy-egy W-bozont, és ezek el is találják egymást. Mindezek fényében nem csoda, hogy az ATLAS a sok milliárd ütközésből mindössze 34 ilyen esetet észlelt, tette hozzá Pleier.
Eddig minden egybecseng a Standard Modell által megjósoltakkal, de a hatás észlelése mindenképpen mérföldkőnek számít, és Herndon beszámolója szerint a CMS is hamarosan közzéteszi saját változatát az eredményekről. "Soha nem tekintettünk eddig be a Standard Modell ezen szegletébe" - mondta Jack Searcy, az ATLAS csapat tagja, a Michigan Egyetem fizikusa. "Ez egy olyasvalami kezdete, ami nagyon érdekessé teszi az elkövetkező éveket"
Fél évszázadon át a Higgs-bozon volt a részecskefizika standard modelljének utolsó hiányzó darabja, ami megmondja, hogyan lépnek kölcsönhatásba az alapvető részecskék és erők. A Nagy Hadronütköztető (LHC) ATLAS kísérlete egyike volt a Higgs 2012-es felfedezésében közreműködő detektoroknak, melynek fizikusai most a W-bozonoknak nevezett részecskékkel tesztelik a Higgs működését. "Nagyon jól ismerjük ezeket a részecskéket, de soha nem láttunk még ilyen kölcsönhatást" - utalt a részecskék egymásról való lepattanásának észlelésére a detektor belsejében Marc-André Pleier, az amerikai Brookhaven Nemzeti Laboratórium tudósa. "Ezzel a méréssel le tudjuk ellenőrizni, hogy a Higgs-bozon teszi-e a dolgát"
A Higgs-től azt várják, hogy megmagyarázza, miért van tömegük egyes gyenge kölcsönhatást közvetítő részecskéknek, mint a W- és a Z-bozonok, míg mások, például a fotonok nem rendelkeznek tömeggel. Az a tény, hogy a W- és Z-bozonok tömeggel rendelkeznek, míg a foton tömeg nélküli komoly gátja volt az elektrogyenge elmélet kifejlesztésének. Ezek a részecskék egy úgynevezett SU(2)-mértékelmélettel írhatóak le, de ezeknek a bozonoknak a SU(2) mértékelmélet szerint tömeg nélkülieknek kellene lenniük. Szükség volt valamilyen jelenségre, ami megsérti az SU(2)-szimmetriát, tömeget adva a W- és Z-bozonoknak Az elméleti fizikusok felismerték, hogy a Higgs megoldhatja a rejtélyt. Ha lehetővé teszik a W-bozonoknak egy Higgs bekeveredését az ütközésekkor, azzal megoldódik a probléma. "Ez az egyik dolog, amiért úgy vélik, léteznie kell a Higgs-bozonnak" - mondta Matthew Herndon, a Wisconsin Madison Egyetem kutatója, aki hasonló problémák megoldásán dolgozik egy másik LHC kísérletben, a CMS-ben.
A Higgs felfedezése óta a fizikusok aprólékos vizsgálódásba kezdtek a bozon tulajdonságait illetően, hogy lássák, vajon tényleg Standard Modell által megjósolt részecskéről van-e szó. "Elég mélyreható elképzelésünk van erről a bozonról" - mondta Pleier. "Mint egy vadnyugati körözési plakát, ahol a szem színe, vagy egy forradás, vagy bármi megfelel az adott kvantumtulajdonságoknak. Ezt tesszük a Higgs-bozon közvetlen méréseivel"
Eddig a Higgs már-már zavaróan tökéletes egyezést mutat az elméletekkel. Az LHC 2015-ig zajló karbantartási munkálatai miatti leállásával úgy tűnt, a fizikusoknak várniuk kell a további információkra, van azonban egy másik módszer a Higgs vallatására, a működésének a tesztelése. Amennyiben a W-bozonok képesek például egynél több Higgst kicserélni, akkor gyakrabban pattannak le egymásról, mint a Standard Modell jósolja. "A szóródási folyamatok arányának és a tapasztalt energiáknak elég drasztikusan változniuk kell, jó esélyt adva az új fizika felfedezésére" - mondta Herndon.
A dolog nem mentes a kihívásoktól, a W-bozonok rendkívül ritkán pattannak le egymásról az LHC kísérletei szerint, és még ennél is ritkább egy Higgs-bozon keletkezése. Az LHC protonpárok fénysebességhez közeli ütköztetésével működik. Néha ezeknek a protonoknak az egyike egy W-bozont bocsát ki. Csak akkor észlelhető szóródás, ha mindkét protonnak sikerül egy időben kibocsátani egy-egy W-bozont, és ezek el is találják egymást. Mindezek fényében nem csoda, hogy az ATLAS a sok milliárd ütközésből mindössze 34 ilyen esetet észlelt, tette hozzá Pleier.
Eddig minden egybecseng a Standard Modell által megjósoltakkal, de a hatás észlelése mindenképpen mérföldkőnek számít, és Herndon beszámolója szerint a CMS is hamarosan közzéteszi saját változatát az eredményekről. "Soha nem tekintettünk eddig be a Standard Modell ezen szegletébe" - mondta Jack Searcy, az ATLAS csapat tagja, a Michigan Egyetem fizikusa. "Ez egy olyasvalami kezdete, ami nagyon érdekessé teszi az elkövetkező éveket"