10 lat odkrycia bozonu Higgsa!

0

Minęło 10 lat od najważniejszego odkrycia 21-go wieku w fizyce cząstek.

4 lipca 2012 roku, eksperymenty ATLAS i CMS pracujące na Wielkim Zderzaczu Hadronów (ang. LHC) w europejskim laboratorium fizyki cząstek CERN ogłosiły odkrycie nowej cząstki, której własności były zgodne z tymi przewidzianymi dla bozonu Higgsa w ramach tzw. Modelu Standardowego (MS) cząstek elementarnych. Wiadomość o przełomowym odkryciu błyskawicznie obiegła cały świat a rok później, w 2013 roku, François Englert and Peter Higgs odebrali Nagrodę Nobla za prace teoretyczne w których, wraz z nieżyjącym już Robertem Broutem, zaproponowali rewolucyjny mechanizm nadający cząstkom elementarnym masę. Mechanizm Brout-Englert-Higgs (BEH) przewidywał istnienie nowego fundamentalnego pola, tzw. pola Higgsa, które jednorodnie wypełnia cały wszechświat, a którego manifestacją jest masywna cząstka skalarna – bozon Higgsa.

Odkrycie bozonu Higgsa było monumentalnym kamieniem milowym w fizyce cząstek. Oznaczało zakończenie prowadzonych od kilku dekad intensywnych poszukiwań i początek nowej epoki badań, skoncentrowanej wokół wyjątkowej, nowoodkrytej cząstki, stwierdziła Fabiola Gianotti, Dyrektor Generalna CERN, a w momencie odkrycia lider eksperymentu ATLAS.

Kandydat rozpadu bozonu Higgsa na cztery miony zarejestrowany przez detektor ATLAS w czerwcu 2012 r.

Mijające właśnie od tamtego doniosłego odkrycia dziesięciolecie wypełnione było intensywnymi badaniami, które ugruntowały naszą wiedzę na temat odkrytej wówczas cząstki. Znamy jej masę (125 GeV) z dokładnością nieomal jednego promila, wiemy jak silnie oddziałuje z niektórymi znanymi nam cząstkami elementarnymi. W szczególności wiemy, że oddziałuje z bozonami W i Z, pośredniczącymi w odziaływaniach słabych, łamiąc tzw. symetrie elektro-słabą i nadając tym cząstkom masę zgodnie z przewidywaniem BEH. Podobnie, wiemy jak silnie oddziałuje z ciężkimi kwarkami t i b oraz najcięższym leptonem  , i tym razem potwierdzając przewidywanie modelu. Ponad wszelką wątpliwość potwierdziliśmy również, że w przeciwieństwie do wszystkich pozostałych znanych nam cząstek elementarnych, czyli fermionów (kwarki i leptony) oraz bozonów pośredniczących w oddziaływaniach (, W i Z oraz gluony), jest to cząstka pozbawiona wewnętrznego momentu pędu, czyli jedyna znana nam fundamentalna cząstka skalarna.

Bogate dane eksperymentalne dostarczone przez LHC, fenomenalne działanie eksperymentów ATLAS i CMS oraz szereg nowych technik analizy danych, umożliwiły obu eksperymentom osiągnięcie dokładności pomiarów cząstki Higgsa przewyższające pierwotne założenia projektowe, zaznaczył Andreas Hoecker, obecny lider eksperymentu ATLAS.

Całą dotychczasową wiedzę zawdzięczamy jedynie około 5% danych jakie LHC planuje zgromadzić w ciągu całego swojego działania. W perspektywie mamy więc ogromny potencjał badawczy. Między innymi, chcemy się dowiedzieć czy zaobserwowana cząstka Higgsa jest również odpowiedzialna za nadawanie masy lżejszym kwarkom i leptonom, w jaki sposób oddziałuje sama z sobą, w końcu, czy potrafi komunikować się z cząstkami tworzącymi ciemna materię kosmiczną.

Odkrycie fundamentalnej cząstki skalarnej, zaowocowało również szeroko zakrojonymi poszukiwaniami tzw. rozszerzonego sektora Higgsa. Istnienie podobnych, prawdopodobnie masywniejszych cząstek skalarnych jest przewidziane w wielu modelach wykraczających poza ramy obecnego Modelu Standardowego, a próbujących wyjaśnić zagadki, które nie znajdują odpowiedzi w ramach MS. Poszukiwania tzw. „nowej fizyki” będą kontynuowane z wykorzystaniem nowych danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów, który właśnie wznawia działanie po kilkuletnim okresie modernizacji.

Fizycy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN współtworzą eksperyment ATLAS od samych jego początków, a więc już ponad 30 lat. Uczestniczyli w projektowaniu i budowie aparatury eksperymentalnej a obecnie aktywnie uczestniczą w jego bieżącej eksploatacji i analizie danych eksperymentalnych. Naszymi specjalnościami detektorowymi są między innymi detektor wewnętrzny służący precyzyjnej rekonstrukcji śladów cząstek naładowanych, rekonstrukcja i identyfikacja najcięższego leptonu , oraz detekcja cząstek odchylonych od osi wiązki pod bardzo małymi kątami. Prowadzone w IFJ analizy fizyczne dotyczą pomiarów fundamentalnych parametrów Modelu Standardowego, poszukiwań nowej fizyki w ramach rozszerzonego sektora Higgsa, tzw. fizyki dyfrakcyjnej oraz szeroko zakrojonych badań własności plazmy kwarkowo-gluonowej powstającej podczas wysokoenergetycznych zderzeń jąder ciężkich pierwiastków.

Comments are closed.