Sarokba szorult az isteni részecske

2011.07.25. 16:49

Tovább szűkítették a világról alkotott modellben alapvető, de még mindig csak feltételezett részecske, a Higgs-bozon lehetséges előfordulási helyét a világ legnagyobb részecskegyorsítójának hétfőn nyilvánosságra hozott adatai alapján a fizikusok. Már csak néhány hónap, és kiderül, valóban létezik-e a fontossága miatt "isteni részecskének" is nevezett összetevő.

"A Higgs-részecske hiányában az egész részecskefizika össze fog omlani, Higgs-részecske nélkül nincs semmi. Meg fogjuk találni, ebben optimista vagyok" - mondja Horváth Dezső, az MTA KFKI RMKI részecskefizikusa. A szakember optimizmusának alapja, hogy a részecskefizika alapvető elmélete, az úgynevezett Standard Modell nagyon pontos előrejelzéseket ad, és ezeket nagyon pontosan lehet rekonstruálni a kísérletek során. A modellnek alapvető része a Higgs-részecske, vagyis elméletileg léteznie kell.

Az európai részecskefizikai kutatóközpont, a Genf melletti CERN hétfőn délután bejelentett eredményei egyelőre nem igazolják a Higgs-részecske létezését, de lehetséges, hogy az eddigi adatokban rábukkantak első nyomaira. A hivatalos bejelentés két fő részből áll: egyrészt sikerült kizárni a Higgs-részecske létezését bizonyos tömegtartományokban, másrészt viszont olyan jeleket találtak az egyik tartományban, amelyek akár Higgs-részecskék felbukkanása miatt is létrejöhettek.

Higgs-részecske a horizonton

A CERN üzemelteti a világ legnagyobb részecskegyorsítóját, a Nagy Hadronütköztetőt (Large Hadron Collider, LHC). A berendezés egyik fő feladata a Higgs-részecske (Higgs-bozon, higgs) felfedezése. A higgs létezése azért is alapvető fontosságú, mert ez ad tömeget a többi részecskének. Az LHC-ben közel fénysebességgel száguldó protonok ütköznek egymással nagy energiákon, és ezekben az ütközésekben nagy tömegű részecskék, például higgsek is létrejöhetnek (a nagyon kis térfogatba koncentrált energia tömeggé, anyaggá alakul át). A másodperc törtrésze alatt elbomló Higgs-bozonoknak csak a nyomait figyelhetnénk meg, másodlagos, könnyebb részecskék formájában.

Az LHC üzemeltetői már most teljesítették a 2011-es ütközési tervet, így elvileg már látni lehet a Higgs-részecske nyomait. Az LHC - és az amerikai Tevatron gyorsító - eredményeiről az Európai Fizikai Társaság által Grenoble-ban rendezett Nagyenergiás Fizika Konferencián (EPS HEP 2011) számoltak be fizikusok.

Forrás: CERN
Egy detektor belsejében

Az erdő sűrűjében

Az egyik fő kérdés, hogy mekkora a higgs tömege, amelyet gigaelektronvoltban (GeV) adnak meg. Az alsó tömeghatárt már az LHC elődje, a LEP-gyorsító megadta: eszerint 114 GeV-nél nehezebbnek kell lennie. A CERN-ben most bejelentett eredmények szerint most sikerült kizárni a 145-480 GeV-es tartományt is (illetve sikerült megerősíteni néhány korábbi kizárást, az ábrát lásd itt). Ez azért rossz hír a kutatók számára, mert ezek voltak azok a tartományok, ahol viszonylag könnyű lett volna felfedezni a higgset (ugyanis az elméletek alapján jól megfigyelhető jelenségek kísérték volna a bomlását).

A Higgs-részecske tehát a 114 és 145 GeV közötti tartományba szorult, de egyúttal "elrejtőzött az erdő sűrűjébe". Itt a legnehezebb ugyanis észlelni, mert egymással versengő bomlási folyamatok léteznek. "Itt a Higgs-részecskének nincs domináns bomlási folyamata, éppen ezért egy ritka bomlás észlelése lenne a legkedvezőbb. Ez pedig két nagyenergiájú foton, mert ezek máshonnan nem nagyon jöhetnek. A Higgs-részecskére vadászó egyik nagy detektor, a CMS elektromágneses kaloriméterét ezért erre a folyamatra optimalizálták" - mondja Horváth Dezső.

Forrás: CERN
Ütközés során keletkező részecskék nyomai a CMS-detektorban

Ami a bejelentés második részét illeti: 145 GeV alatt észleltek olyan jeleket, olyan részecsketöbbleteket, olyan apró kis púpokat a görbén, amelyek Higgs-részecskék bomlására is utalhatnak. Ám ez egyelőre nagyon bizonytalan eredmény, és nem zárható ki, hogy csak statisztikus, véletlenszerű ingadozásról, esetleg adatelemzési hibáról van szó. Horváth Dezső sok más fizikushoz hasonlóan óvatosságra int. "Meg kell várni, hogy valóban megfelelő mennyiségű adat gyűljön össze. Ha a Higgs-részecske valóban ott van 145 GeV alatt, akkor néhány hónapon belül, esetleg jövőre meg kell találnunk" - mondja.

Sok adat kell még

"A közepes és nehéz tömegű Standard Modell Higgs-részecskét lényegében ki lehet zárni" - mondja Trócsányi Zoltán, a Debreceni Egyetem részecskefizikusa. "115 és 150 GeV között vannak biztató jelek, de még messze nem elég a statisztika. Még legalább 6-10-szer ennyi adatra van szükség ahhoz, hogy eldönthessük, valóban a Higgs-részecske nyomait látjuk-e, esetleg valami más, még mélyebb dologét."

A további adatok fontosságáról beszélt a CERN főigazgatója, Rolf-Dieter Heuer is a hétfői sajtótájékoztatón. "A Higgs-részecske a legbonyolultabb, legérdekesebb tartományban lehet, ahol nem sikerült kizárni, ehelyett izgalmas jeleket találtunk. Ám olyan területen mozgunk, ahol nagy türelemre, megfelelő statisztikai háttérre van szükség" - mondta. Heuer hangsúlyozta: az LHC a várakozásokon felül teljesít, és az adatok feldolgozása is példátlanul gyors, a CERN globális GRID-jének köszönhetően. "Az első lépést, a Standard Modell ellenőrzését a kísérletek kiválóan végezték. A modell teljes igazolása azonban megköveteli a Higgs-részecske felfedezését. A felfedezés fokozatos lesz - ha lesz -, a jel lassan fog láthatóvá válni" - mondta Heuer.

Forrás: CERN
Gyűlnek az adatok

KAPCSOLÓDÓ CIKK