Odnaleźli "boską cząstkę"?

Fizycy z CERN ogłosili, że już posiadają wystarczającą ilość danych, aby ostatecznie potwierdzić lub obalić twierdzenie o istnieniu "boskiej cząstki". Ale nie ogłaszają jeszcze, jaki jest werdykt.

Wielki Zderzacz Hadronów miał zakończyć prace już w tym roku, ale tak się nie stanie. To dlatego, że naukowcy z CERN są coraz bliżej odkrycia bozonu Higgsa.

To dzięki „boskiej cząstce” nasz swiat wygląda tak, jak wygląda, i obowiązują w nim takie, a nie inne prawa fizyki. Bozon Higgsa to cząstka, która została przewidziana teoretycznie, ale nie potwierdzono jeszcze jej istnienia doświadczalnie. Istnienie bozonu Higgsa jest postulowane przez Model Standardowy – zgodnie z tzw. mechanizmem Higgsa pola kwantowe sprzęgają się z polem Higgsa, w wyniku czego następuje spontaniczne złamanie symetrii, a bezmasowe cząstki Modelu Standardowego nabierają masy. Właśnie dlatego bozon Higgsa nazywany jest też „boską cząsteczką” - ponieważ ma być odpowiedzialny za to, że materia w ogóle posiada masę. 
Warto pamiętać, że bozon Higgsa to jedna z dwóch cząstek przewidzianych w Modelu Standardowym, których jeszcze nie zaobserwowano. Własnie między innymi po to, aby potwierdzić jej istnienie cząstki Higgsa, w CERN powstał największy na świecie zderzacz hadronów, LHC. 

Do końca 2011 roku miał zakończyć się pierwszy etap prac w LHC. Proszę się nie martwić, warta 10 miliardów dolarów maszyna nie zostanie zlikwidowana. Ma nastąpić jej  przebudowa, która największy zderzacz świata zmieni w... jeszcze większy, SuperLHC.

Od początku funkcjonowania LHC było wiadomo, że na obecne badania są przewidziane tylko trzy lata. To one miały sprawdzić, czy „boska cząstka” istnieje. Jeżeli w ciągu trzech lat nie udałoby się tego zrobić (i o ile nie wynikałoby to z kolejnych awarii LHC), fizycy uznaliby, że pole Higgsa jest bardziej skomplikowane.

Co to oznacza w praktyce? Naukowcy przypuszczają, że mogłoby to wynikać z faktu rozkładu bozonu Higgsa na niewidzialne cząstki – czyli takie, które nie wchodzą w interakcję z detektorem. Drugim rozwiązaniem byłoby przyjęcie nie-standardowego modelu Higgsa, co oznaczałoby, że Boska Cząstka jest lżejsza lub cięższa niż przypuszczano – a przez to trudniejsza do odnalezienia. Różnych bozonów Higgsa mogłoby też być więcej, a pole Higgsa mogłoby okazać się bardziej egzotyczne. Do jego badań przyda się zaś jeszcze większy zderzacz – własnie SuperLHC, który powstanie w wyniku przebudowy LHC.

Z końcem 2011 roku kończy sie pierwotnie zakreślony termin poszukiwań „pierwszej wersji" bozonu Higgsa. Ale CERN przesunął właśnie termin zamknięcia LHC o rok – badania idą tak znakomicie, że fizycy wciąż nie stracili nadziei na odkrycie bozonu przy obecnej mocy przerobowej LHC.

Energia zderzeń w tej chwili to 3,5 TeV. SuperLHC będzie zderzał przy 7 TeV. Ostateczną moca urządzenia będzie 14 TeV. To przy tej mocy zderzacz odtworzy dla fizyków Wielki Wybuch w mikroskali.

Niespodziewane subatomowe osobliwości

W poniedziałek fizycy z CERN ogłosili, że już w tej chwili posiadają najprawdopodobniej wystarczającą ilość danych, aby ostatecznie potwierdzić lub obalić twierdzenie o istnieniu boskiej cząstki. Być może dysponują już także danymi, które pozwolą nam wreszcie zrozumieć, czym jest ciemna materia, co, jak zapowiadają, będzie tożsame z odkryciem „nowej klasy niespodziewanych subatomowych osobliwości”.

- Mamy nadzieję, że z końcem przyszłego roku będziemy mogli powiedzieć coś więcej na temat Higgsa – mówi Felicitas Pauss, szefowa działu stosunków międzynarodowych CERN.

Co oczywiste, część naukowców wolałaby, żeby wynik był negatywny – to znaczy, żeby nie udało się odnaleźć bozonu Higgsa. Bo wtedy cała zabawa zaczęłaby się od nowa. – Jeśli go nie zaobserwujemy, to będziemy bardzo podekscytowani, bo to oznaczałoby, że mamy do czynienia z czymś zupełnie nowym – cieszy się z góry Nicholas Hadley z Uniwersytetu Maryland, który współpracuje z CERN. Z drugiej strony – wydać tyle pieniędzy na LHC i nic nie znaleźć...?

Zimą 2011/2012 LHC zostanie zatrzymane, ale tylko na krótko. Przez cały 2012 rok ma pracować pełna parą. – Jeżeli LHC będzie dawał nam coraz lepsze wyniki w takim samym tempie jak w tym roku, to mamy przed soba bardzo ekscytujący czas – mówi dr Steve Myers, nadzosujący wszystkie akceleratory CERN. LHC to, oczywiście, pupilek rodziny.

Bozonu Higgsa poszukuje również amerykański Tevatron, który jednak wkrótce zakończy swoją działalność. Pamiętajmy jednak, że LHC to nie ostatnie słowo ludzkości w dziedzinie zderzaczy. Po obydwóch stronach oceanu już powstają potężniejsze. Do badania ciężkich cząstek lepiej będzie nadawał się zderzacz liniowy – taki jak International Linear Collider (ILC – Międzynarodowy Zderzacz Liniowy), którego ukończenie planowane jest na ok. 2020 rok, a obecnie trwa jego faza koncepcyjna. Potem nadejdzie era Very LHC (Very Large Hadron Collider), który miałby zderzać cząstki z energią 40 do 200 TeV (!) i musiałby być zbudowany od zera. Mówi się już także o zderzaczach mionów i LHeC, gdzie kolidowałyby elektrony z protonami. Europejczycy mają takżek pomysł na własny zderzacz liniowy. Budowa Kompaktowego Zderzacza Liniowego (CLIC – Compact Linear Collider) jest już zaplanowana przez CERN. Jego cechą będzie jeszcze wyższa energia zderzeń, która pomoże w badaniach nad właściwościami bozonu Higgsa (co po LHC? przeczytaj więcej o zderzaczach przyszłości >>>).

Eugeniusz Wiśniewski

(telegraph.co.uk/newscientist.com/polskieradio.pl)