3320 25. 9. 2015.
Задаци за 21. век
НА ТРАГУ „БОЖАНСКЕ ЧЕСТИЦЕ”
Хајка на Хигсов бозон у Великом хадронском сударачу изгледа да је почела да даје резултате. Ипак, све је вероватнија могућност да се пред стручњацима налазе лавиринти нове физике...
Када су неки теоретичари већ помишљали да је „божанска честица” невидљива, јер се у тренутку распада на две честице тамне материје, ултратајанствени хигс је, можда, ухваћен у замку. Оба главна детектора џиновског LHC, највећег и најснажнијег акцелератор честица на свету – ATLAS и CMS – нањушили су трагове „лаког хигса”. Ако физичари успешно издвоје ову честицу, једина преостала празнина у „стандардном моделу” биће попуњена.
Да могуће откриће буде узбудљивије, такав хигс, са масом од око 125 гигаелектронволта (GeV), прокрчио би пут ка досад неиспитаном подручју. Јер, оваква честица „перолаке категорије” захтевала би да постоји макар још једна нова врста теже честице – која би је подржала.
„Могло би да буде врло занимљиво”, каже портпарол CMS Гвидо Тонели, „да се ради о првој карици у ланцу нових, важних открића.”
Од како је, крајем шездесетих и почетком седамдесетих година 20. века, ступила на сцену да објасни међудејство основних честица и сила природе, теорија названа стандардни модел била је веома успешна. Али, она вреди само под једном претпоставком – да постоји Хигсов бозон. Изградњом Великог хадронског сударача (LHC), куцнуо је час за обоје. Назван и „божанска честица”, овај бозон би преносио дејство Хигсовог поља, које утиче да неке честице добијају одређену масу, а неке не.
Невоља са стандардним моделом је што није могао да предвиди колико је сам хигс тежак. Физичари су зато морали годинама да га лове по различитим акцелераторима у свету – тражећи га попут игле у великом пласту сена. Ипак, налик ловачкој хајци, ови огледи постепено су сузили област маса где би „божанска честица” могла да се налази – на простор између 115 и 141 GeV. Физичари из Церна прочешљали су и ту област, много детаљније него ико до сада. Недавно, 13. децембра, Гвидо Тонели (CMS) и Фабиола Ђианоти (вођа истраживања на детектору ATLAS), објавили су резултате са више од 300 билиона судара врло брзих протона, изведених током прошле године.
„Први пут смо испитали целу област маса с правом осетљивошћу – оном која нам омогућава да ако тамо нешто има, да то почнемо и да уочавамо,” каже Тонели. Подаци добијени у детектору ATLAS сузили су област за хигса на простор између 115 и 131 GeV; док је CMS одбацио могућност да буде тежи од 127 GeV. Још узбудљивије, ATLAS је уочио назнаке за хигс на 126 GeV, а CMS на 124 GeV. А то је први случај да су оба огледа (детектора) уочили сигнале за приближно исту масу, што је охрабрујући знак.
Непознавање тачне масе Хигсовог бозона није једина тешкоћа с којом стручњаци морају да се изборе. Они у детекторима неће моћи да виде честицу непосредно, већ само производе њеног тренутног распада – пљусак од различитих честица мање масе и фотона. И, мада стандардни модел не може да предвиди непосредну масу Хигсовог бозона, може да опише начин како друге честице ступају у међудејство с њим – посебно преносиоци слабе силе W и Z бозони. Међутим, да невоља буде већа, исти производи настају и после распада неких других честица (кваркова), па се у таквој „позадини” хигсов траг лако изгуби. Издвајање његовог сигнала из такве збрке велики је изазов.
У таквим случајевима стручњаци упоређују оно што виде са оним што је теорија предвидела да ће видети. Тада је позадина низ резултата које очекују да ће видети. И, ако у неком огледу запазе више примера одређене врсте догађаја, него што су очекивали да ће видети као део позадине („вишак”) – то би могао да буде знак да су нашли нешто ново. Кад је у питању Хигсов бозон, трагају за вишковима у производима распада. Ипак, иако су физичари са оба детектора открили такве вишкове приближно око исте масе, још немају довољно података да би могли да објаве велику вест – откриће Хигсовог бозона. Стручно речено, њихови досадашњи подаци имају „статистички значај” од 2,3 sigma у детектору ATLAS и 1,9 sigma у CMS. Да би били сигурни да се ради о открићу, а не о „позадинском шуму” – сигма мора да буде око 5. Односно, да вероватноћа да исти сигнал може да потиче само од позадинских појава – буде мања од један према милион.
Наговештај да Хигсов бозон има масу од око 125 GeV управо је оно „што је доктор преписао”, каже Френк Вилчек са Масачусетског института за технологију. Али, та маса такође отвара пут ка превазилажењу стандардног модела. Јер, захваљујући тананој природи квантних појава, лаки хигс има потребу за неком тежом честицом, пратиоцем који ће деловати као нека врста његовог „телохранитеља”, објашњава Тонели. Иначе, ако не би тако било, квантни вакуум из кога се честице спонтано појављују, био би нестабилан – и васиона би се одавно распала. Укратко, ако хигс припада „перолакој категорији”, чињеница да постојимо, овде и сада, захтева да у васиони обитава бар још једна честица изван стандардног модела.
И сам наговештај за Хигса од 125 GeV био је довољан да измами уздах олакшања код Вилчека и неких других теоретичара – пошто оставља отшкринута врата за једну од математички најлепших теорија које би могле да се наставе на стандардни модел. Ради се о суперсиметрији (скраћено SUSY), по којој би свака позната честица требало да има свог још неоткривеног рођака, парњака. То је читав „зверињак” нових честица (укључујући пет Хигсових бозона), које би требало открити. Ова теорија могла би да реши многе мане стандардног модела. Помогла би да се уједине јака и слаба нуклеарна сила са електромагнетном силом и понудила кандидата за тамну материју.
Међутим, баш захваљујући LHC, суперсиметрија се нашла на великом искушењу. Њена најједноставнија верзија предвидела је да би поменуте додатне честице већ требало да се појаве у детекторима које има LHC – а то се није догодило! До сада, Велики хадронски сударач само је потврдио већ постојеће, познате честице. Али, уколико се заиста покаже да хигс има масу од око 125 GeV, то би суперсиметрији могло да удахне нов живот (потврђујући претпоставку о постојању додатних честица). У сваком случају, суперсиметрија ће у наредним годинама остати важна област истраживања у LHC.
У међувремену, физичари који раде на детекторима ATLAS и CMS издробиће много протона да би накупили довољно података. У томе ће им значајно помоћи удруживање података са два различита детектора, јер ће се тиме удвостручити статистика. Под претпоставком да Велики хадронски сударач настави да ради добро, оба огледа требало би да прикупе довољно података до краја 2012. године. После тога са сигурношћу ће се знати да ли је лаки хигс стварност или само позадинска опсена.
Шта ће бити ако у наредним месецима огледи пониште све наде стручњака? Без „божанске честице” теорија стандардног модела изгубиће значај. Физичари ће морати да сачекају да акцелератор достигне пуну снагу 2015. године, да би почели да лове неке друге честице или појаве које би могле да објасне како честице добијају масу.
„Јер, нешто што игра ту улогу мора да постоји”, каже Ђианоти. „Ловићемо то нешто друго.”
Аутор:
Г.В. - Пријавите се или се региструјте да бисте слали коментаре
