Odnaleziono ślady mechanizmu Higgsa

Naukowcy pracujący przy eksperymencie ATLAS poinformowali o natrafieniu na pierwsze ślady procesu, który pozwoli na przetestowanie mechanizmu nadawania cząsteczkom masy przez bozon Higgsa. Proces taki ma miejsce rzadziej niż samo powstawanie bozonu Higgsa.

Mechanizm ten pojawia się podczas jednego na 100 biliardów zderzeń protonów. Trzeba wielokrotnie mu się przyjrzeć, by stwierdzić, czy jest on zgody z teoretycznymi przewidywaniami czy też nie. Analizowaliśmy miliardy zderzeń protonów, szukając sygnatur takich wydarzeń – produktów rozpadu, które powiedzą nam, jakie procesy zachodzą w czasie zderzenia - mówi Marc-Andre Pleier, fizyk z Brookhaven National Laboratory, który był odpowiedzialny za analizy zderzeń w ramach prowadzonych eksperymentów.

Analiza danych trwała przez dwa lata, a prowadzili ją eksperci z Brookhaven, Lawrence Berkeley National Laboratory, University of Michigan oraz Uniwersytetu Technicznego z Drezna. Jej wstępne wyniki zaprezentowano już w marcu podczas konferencji Rencontres de Moriond. Teraz, po zakończeniu analizy 34 zaobserwowanych procesów stwierdzono, że pomiary są zgodne z opisywanymi przez Model Standardowy interakcjami pomiędzy cząsteczkami.

Model Standardowy przeszedł dotychczas wszystkie testy, jednak wiemy, że jest niepełny, ponieważ obserwacje ciemnej materii, ciemnej materii oraz asymetrii materia/antymateria nie mogą być wyjaśnione na jego gruncie - mówi Pleier. Nigdy wcześniej nie mogliśmy badać interakcji bozonów W, gdyż nie dysponowaliśmy odpowiednio potężnymi akceleratorami. Dlatego zbudowaliśmy Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), dodaje uczony.

Wspomniane interakcje zmierzono z pewnością 3,6 sigma. To oznacza, że prawdopodobieństwo, że mamy do czynienia z błędem, a nie prawdziwymi obserwacjami, wynosi 1:6000. Naukowcom to nie wystarcza i będą prowadzili dalsze badania, by potwierdzić, że zaobserwowali właśnie interakcje pomiędzy bozonami W. Mierząc ten proces będziemy mogli się upewnić, że odkryty niedawno bozon Higgsa nadaje masę cząstkom w taki sposób, w jaki jest to teoretycznie przewidziane. Obok mechanizmu Higgsa istnieje wiele teorii, które próbują wyjaśnić, w jaki sposób cząsteczki otrzymują masę. Pomiary tego procesu pozwolą nam z jednej strony przetestować Model Standardowy, a z drugiej otworzą przed fizyką nowe możliwości.

Naukowcy testują mechanizm Higgsa badając pozostałości po interakcjach bozonów W. To jak odcisk palca. Przewidzieliśmy, jak powinien wyglądać, a teraz mamy odcisk palca, który musimy dokładnie zmierzyć. Jeśli będzie on pasował do naszych przewidywań, to będzie oznaczało, że bozon Higgsa działa tak, jak sobie to wyobrażamy. Jeśli jednak odnotujemy różnice, to uznamy, że w grę wchodzi jeszcze jakiś proces fizyczny, gdyż sam bozon Higgsa nie robi tego, czego oczekujemy.

Do przeprowadzenia bardziej dokładnych pomiarów konieczne jest, by LHC pracował z większymi energiami niż obecnie i dostarczył więcej danych. Wiosną 2015 roku Zderzacz będzie pracował z energią 13 TeV (obecnie jest to 8 TeV), a ilość danych dostępnych dla grupy Pleiera zwiększy się nawet 150-krotnie. To powinno pozwolić na dokładne zbadanie mechanizmu Higgsa.

mechanizm Higgsa masa bozon Higgsa bozon W LHC Wielki Zderzacz Hadronów