A fizika jelenleg talán legfontosabb feladata: megtalálni a titokzatos Higgs-részecskét. Senki sem bizonyította be, hogy létezik, mégis sokat várnak tőle a részecskefizikusok. Peter Higgs elmélete szerint a Világegyetemet egy mindent átható erőtér tölti ki, amely felelős az Univerzumban nyüzsgő részecskék nyugalmi tömegéért. Princetoni kutatók azt állítják, hogy végre nyomára akadtak.



Newton erőhatással, Einstein térgörbülettel magyarázta a gravitációt, de mindkét elmélet a testek tömegére vezeti vissza a jelenséget. Egy nehéz vasgolyót nagyobb erővel vonz a Föld, mint egy könnyű hópelyhet; minél nagyobb egy objektum tömege, annál intenzívebben vesz részt a gravitációs kölcsönhatásban. Ám ha elfogadjuk, hogy a gravitáció a tömeg következménye, még mindig nem tudjuk: honnan származik a tömeg.

Miért van például a müonnak kétszázszor nagyobb tömege, mint az elektronnak? A két részecskének egyébként teljesen egyezőek a tulajdonságai. Ha a nyugalmi tömeget nem vennénk figyelembe, azt mondhatnánk, hogy ugyanarról a részecskéről van szó. A müon olyan, mintha egy meghízott elektron volna.

Sok tudós ezért úgy gondolja, hogy a nyugalmi tömeg nem lehet valódi tulajdonsága a részecskéknek, mint a spin, vagy az elektromos töltés, hanem inkább egy furcsa kölcsönhatás eredménye.

Peter Higgs, az edinburghi egyetem kutatója vetette fel azt az ötletet, hogy létezhet a Világegyetemben egy erőtér, amely tömeget ad a részecskéknek. A jelenséget felfoghatjuk úgy is, mintha a részecskék "energiakölcsönt" vennének fel a Higgs-térből, valamilyen ismeretlen kölcsönhatás során.

Talán a müon intenzívebb kölcsönhatásban áll a Higgs-térrel, mint az elektron, és ezért kap több energiát, több tömeget. A fény részecskéinek (fotonoknak) például egyáltalán nincs nyugalmi tömegük, ami azt sejteti, hogy teljesen érzéketlenek a Higgs-térrel való kölcsönhatást illetően.

Ha a Higgs-tér valóban létezik, a kutatóknak ki kell mutatniuk a rejtélyes Higgs-részecskét, amely a kölcsönhatást közvetíti. Bár ez lehetetlen feladatnak tűnik, princetoni tudósok a Svájc és Franciaország határán található CERN részecskegyorsítóban mégis olyan eseményeket detektáltak, amelyek bizakodásra adhatnak okot.

Az elmélet szerint a Higgs-tér nem létezhet meghatározott hőmérséklet fölött. Ennek óriási a jelentősége, ha az Univerzum történetét vizsgáljuk. Az Ősrobbanás után ugyanis egy ideig e kritikusnál magasabb hőmérséklet uralkodott a Világegyetemben. A kezdeti időszakban tehát semmilyen részecskének nem lehetett nyugalmi tömege. Csak akkor jött létre a Higgs-tér, tömeget adva a részecskéknek, amikor az Univerzum elegendően lehűlt. Ez döntően befolyásolhatta a Világegyetem későbbi sorsát.

Az elmélet azért is roppant érdekes, mert a kozmológusok - függetlenül a részecskefizikusoktól - a felfúvódó Világegyetem modelljéhez kitaláltak egy különös tulajdonságú teret, hamis vákuumot. Az ötlet kísértetiesen hasonlít a Higgs-tér elképzeléséhez.

Kérdéses azonban, hogy a tudósok kísérletileg is tudják-e igazolni a merész elméleti számításokat. A CERN-ben megfigyelt eredményekből még semmire sem lehet biztosan következtetni. Ám várható, hogy hamarosan hasonló kutatásokba kezdenek a chicagói Fermilabben is. Ha Higgs elgondolása végül beigazolódik, elmélete több rejtélyt megoldhat egyszerre.

Talán egy olyan alapvető ténynek, hogy a testek tömeggel bírnak, mély fizikai magyarázata van. A gravitáció létezése a tömeggel indokolható. A tömeg létezése pedig a Higgs-tér létezésével. De a Higgs-tér miért létezik?

Minél többet értünk a világból, annál inkább látszik, milyen keveset értünk belőle.

Münz Márton


Kísérletek a Higgs-részecske kimutatására

A korábbi kísérletekből csak az derült ki egyértelműen, hogy a Higgs-részecske, ha egyáltalán létezik, akkor nehéz részecske. A kísérletek küszöbértéket adtak meg, azt állapították meg, hogy a Higgs-részecske nem lehet könnyebb például 50 GeV tömegegységnél. A kísérleteknél a részecskegyorsító energiája, a részecskeütközésekhez rendelkezésre álló energia szab korlátot annak, hogy a folyamatban mennyire nehéz részecskék keletkezzenek. Minél nagyobb az energia, annál nehezebb részecske megfigyelésére nyílik esély.

A részecskegyorsítók energiájának fokozatos növelésével párhuzamosan a Higgs-részecske tömegének határa is egyre feljebb tolódott. A CERN-ben 1989, azaz a LEP részecskegyorsító üzembe állítása óta keresik a Higgs-részecskét. 1995-ben ott tartottak, hogy a tömege csak 65 GeV-nél nagyobb lehet csak. Az elmúlt években még nagyobb energiákon végeztek kísérleteket, ezek alapján már 108 GeV-nél szabták meg a határt.

Idén tavasszal, ahogy közeledett a LEP üzemeltetésének átépítés miatti, többéves, rég eltervezett szüneteltetése, a műszakiak minden "trükköt" bevetettek, hogy még nagyobb, az eredetileg tervezettet jóval meghaladó energián működtessék a gyorsítót. Az áprilisban kezdett méréssorozatban a milliárdszámra rögzített részecskeütközések elemzése során néhány olyat is találtak, amelyben 114-115 GeV tömegű Higgs-részecske megjelenésére utaló jelek vannak. Sajnos, az eredmény nem egyértelmű, más értelmezése is lehet ezeknek a folyamatoknak.

Jéki László (Magyar Hírlap)