Bozon Higgsa nie zdradza śladów fizyki spoza Modelu Standardowego. Przynajmniej na razie

| Astronomia/fizyka
IFJ PAN

Odkryty przed kilkunastu laty bozon Higgsa wciąż stanowi zagadkę. Dotychczas nie udało się poznać jego właściwości z zadowalającą dokładnością. Teraz, dzięki pracy międzynarodowego zespołu, w skład którego wchodzili uczeni z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk, dowiedzieliśmy się więcej o pochodzeniu tej niezwykle ważnej cząstki, która nadaje masę innym cząstkom elementarnym.

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% higgsów, których ślady obecności zarejestrowano w detektorach akceleratora LHC, mówi doktor Rene Poncelet z IFJ PAN w Krakowie. A profesor Michał Czakon z RWTH Aachen University dodaje 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.

Wśród naukowców panuje przekonanie, że musi istnieć jakaś fizyka poza Modelem Standardowym. Wynika ona z faktu, że Model Standardowy, chociaż wielokrotnie udowodnił swoją prawdziwość, nie daje odpowiedzi na szereg podstawowych pytań. Nie wiemy na przykład, dlaczego cząstki elementarne mają takie, a nie inne masy, Model Standardowy nie uwzględnia oddziaływania grawitacyjnego. Zdecydowanie wymaga więc rozszerzenia. Być może taką fizykę spoza MS uda się znaleźć badając bozon Higgsa.

Autorzy najnowszych badań zajęli się wyliczaniem poprawek drugorzędowych. Pozornie są one niewielkie, ale wnoszą niemal 1/5 do poszukiwanego przekroju czynnego. Nowością, jaką zastosowali, było uwzględnienie wpływu mas kwarków pięknych. W Wielkim Zderzaczu Hadronów dochodzi do kolizji protonów, zbudowanych z dwóch kwarków górnych i kwarka dolnego. Chwilowe pojawianie się kwarków o większych masach, jak kwark piękny, to skutek oddziaływań kwantowych, które wiążą kwarki w protonie. Wartości przekroju czynnego na produkcję bozonu Higgsa znalezione przez naszą grupę oraz zmierzone w dotychczasowych zderzeniach wiązek w akceleratorze LHC są praktycznie takie same, naturalnie przy uwzględnieniu obecnych niedokładności obliczeniowych i pomiarowych. Wygląda więc na to, że w obrębie badanych przez nas mechanizmów odpowiedzialnych za powstawanie bozonów Higgsa nie widać zwiastunów nowej fizyki – przynajmniej na razie, informuje doktor Poncelet.

To jednak nie oznacza, że tej nowej fizyki nie ma. Nie można wykluczyć na przykład, że zauważy się ją w zjawiskach towarzyszących narodzinom bozonu Higgsa. Coraz większa liczba danych napływających z LHC oraz coraz doskonalsze narzędzia i techniki pomiarowe pozwalają bowiem zawężać niepewności pomiarowe. Być może z czasem okaże się, że wyniki pomiarów przestają zgadzać się z teorią. Na razie jednak Model Standardowy trzyma się dobrze, kolejne badania go potwierdzają i – ku zdumieniu coraz większej liczby naukowców – wciąż nie możemy trafić na dowód istnienia fizyki poza MS.

Autor:

Źródło: IFJ PAN

Bozon Higgsa nie zdradza śladów fizyki spoza Modelu Standardowego. Przynajmniej na razie