Mire jó a Higgs-bozon?

Ha megtalálták a Higgs-részecskét, megnyugodhatnak a kutatók, hiszen a legelterjedtebb részecskefizikai modell működik. De ha mégsem akadnak a nyomára, mélyebb átalakítás szükséges, és új modellt kell gyártani - így foglalható össze a mai részecskefizikai bejelentés háttere.

A Genf melletti európai részecskefizikai kutatóközpontban található a Föld legnagyobb részecskegyorsítója, a Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC). A berendezés megalkotásakor egyik fő feladataként a Higgs-részecske (Higgs-bozon) felfedezését jelölték ki. A higgs létezését csak elméletek feltételezik, de a kimutatása nagyon nehéz.

Az elemi részecskék viselkedését a Standard Modell nevű részecskefizikai elmélet írja le a legpontosabban. A modell összhangban áll az általános relativitáselmélettel és napjaink kvantummechanikai elméletével, egységes leírást ad az elektromágneses, gyenge és erős kölcsönhatásnak.

A közel 30 éves modell előrejelzései eddig mind bejöttek, közöttük sok új részecske, például bozonok, gluonok, egyes kvarkok esetében a modell a felfedezés előtt helyesen jellemezte ezeket a részecskéket.

A modell eddig csak egy olyan részecskét jelzett előre, amelyet még nem találtak meg - ez a Higgs-bozon. Bár csak egyetlen részecske, mégis központi szerepet játszik az elméletben, ezzel vezetik ugyanis le az elemi részecskék tömegét a szakemberek.

Film a Higgs-bozon kereséséről a CERN-ben

Az ismert elemi részecskék tömege abból származik, hogy kölcsönhatnak egy olyan mezővel, amely az egész Világegyetemet kitölti - ez maga a Higgs-mező. A folyamat részben ahhoz hasonlítható, mint amikor egy test a világűrben vagy vizes közegben mozog. Az első esetben nincs ellenállás, amit leküzdhet, a második esetben azonban van. A Higgs-mező ilyen tulajdonsága (egy úgynevezett szimmetriasértéssel összefüggésben) adna tömeget a többi részecskének - noha ez a kép nem több, mint egy erősen egyszerűsített hasonlat.

A keresett részecske megfigyelése az elméleti előrejelzés alapján is nehéz. Az LHC-ben a Higgs-bozon azonosításán már jó ideje dolgoznak a kutatók. Itt protonokat ütköztetnek egymással, mely folyamat során a Higgs-mezőt hordozó Higgs-részecske keletkezhet. A probléma, hogy ezek a részecskék gyorsan elbomlanak, tehát nehéz őket megfigyelni.

A Higgs-bozonnak több lehetséges bomlási folyamata van, ezekre vadásznak az LHC adataiban. Az ábrán egy jellemző Higgs-jelölt esemény látható, amely két, a CMS elektromágneses kalorimétere által meghatározott nagy energiájú fotont (hosszú vörös oszlopok a képen) tartalmaz. A képen látható sárga vonalak az ütközés által keltett egyéb részecskék pályái (CERN/CMS)

Az elmúlt időszakban végzett mérések alapján szűkült az energiatartomány, amelyben a Higgs-bozon előfordulhat, és egy szerdai bejelentés alapján mostanra sikerült ezt még jobban lehatárolni. A mérések a kívánt pontosság közelében járnak, és sokan ezt a siker előszelének érzékelik. A bejelentés azonban nem tett pontot a történet végére, a következő hónapokban további mérésekre és eredményekre lesz szükség, hogy igazolják a Higgs-részecske létezését.

Ugyanakkor még az is kiderülhet, hogy a Higgs-bozon nincs meg, vagy messze nem akkora a tömege, amekkorának a Standard Modell szerint lennie kell. Ebben az esetben viszont az egész modell megdőlhet, pontosabban jelentősen átalakulhat - ami azért is furcsa, mert a többi előrejelzése mind bevált. Talán a gravitációs erőtér néhány ma még ismeretlen jellemzője felel a dologért, talán más - egyelőre csak várni lehet a pontosabb mérés bejelentésére.

Ütköztetések az LHC-ben