Objev Higgsova bosonu byl bezpochyby jedním z největších vědeckých průlomů dosažených v laboratořích CERNu. Co o této částici víme?
Higgsovo pole je teoretické pole energie, které je všude ve vesmíru a je zodpovědné za to, že elementárním částicím dodává hmotnost. Částice tedy získávají hmotnost interakcí s tímto polem: čím silnější interakce, tím těžší částice.
Higgsův boson je takříkajíc fyzikálním projevem Higgsova pole. Jeho existence byla potvrzena v roce 2012 ve Velkém hadronovém urychlovači CERN a je zásadní pro pochopení toho, proč některé částice mají hmotnost a jiné ne. Jinými slovy: pomáhá vysvětlit, proč máme stavební kameny hmoty, jak je známe. Bez něj by většina částic byla bez hmotnosti a vesmír by vypadal úplně jinak.
Problém je v tom, že Higgsův boson je ze své podstaty nestabilní a v přírodě dlouho neexistuje. Rozpadá se na jiné, stabilnější částice. Nedělá to však v žádném konkrétním pořadí: některé jsou podivnější než jiné. A některé jsou velmi, velmi vzácné.
Tyto rozpady, při nichž se Higgsův boson mění na dvojici mionů (H→μμ) nebobosonZ afoton(H→Zγ), jsou tak vzácné, že se vyskytují pouze v jednom z několika tisíc rozpadů Higgsovabosonu.
Zdroj: Youtube.com
Nová studie by nyní mohla poskytnout vodítko k objevu neznámých částic a pomoci nám rozluštit různé záhady spojené s „božskou částicí“.
Objevit tyto vzácné rozpady nebylo snadné. Kolaborace ATLAS, skupina vědců pracujících na Velkém hadronovém urychlovači (LHC) v CERNu, strávila roky shromažďováním dat ze svých experimentů. První výzvou, které čelili, byla vzácnost těchto jevů.
K rozpadu Higgsova bosonu na miony dochází jen asi v jednom z 5000 rozpadů Higgsova bosonu. Tým proto musel hledat nepatrný signál uprostřed velkého šumu na pozadí způsobeného interakcemi jiných částic.
Pro optimalizaci hledání vědci zkombinovali data z běhů 2 a 3 urychlovače LHC, což jim poskytlo ucelenější obraz. Díky těmto vylepšeným datům autoři studie použili pokročilé techniky k odfiltrování šumu na pozadí a zaměřili se na události, které vykazovaly známky vzácných rozpadů Higgsova bosonu.
V případě rozpaduH→μμμ hledalimalý nárůst hmotnosti mionového páru přímo na úrovni 125 GeV, což je známá hmotnost Higgsova bosonu. Na druhé straněrozpadH→Zγpředstavovalještě větší výzvu. Nové metody zlepšující citlivost hledání bosonu Z vznikajícího při tomto rozpadu se rozpadají na elektronové nebo mionové páry jen asi v šesti procentech případů a fotony jsou notoricky známé tím, že je obtížné je odlišit od částicových jetů vznikajících při jiných procesech.
V této souvislosti ATLAS vyvinul nové analytické metody, aby zvýšil citlivost svého hledání. Rozdělením událostí do kategorií podle způsobu vzniku Higgsova bosonu a zpřesněním kritérií jejich výběru se týmu podařilo pozorovat jasnější signál.
A práce se vyplatila: pro rozpadH→μμμ dosáhli významnosti 3,4směrodatné odchylky, což znamená, že je velmi nepravděpodobné (jedna ku 3000), že by výsledek bylstatistickou náhodou.
To představovalo výrazné zlepšení oproti předchozím výsledkům, které vykazovaly pouze náznak rozpadu na úrovni dvou směrodatných odchylek. V případě rozpaduH→Zγ tým zjistil nadměrný signál na úrovni 2,5směrodatnéodchylky, což byl rovněž významný pokrok oproti předchozím výsledkům.
Tyto pokroky by mohly mít rozsáhlé důsledky. Objevem vzácných rozpadů otevírá kolaborace ATLAS dveře kezkoumání fyziky mimo standardní model. Neznámé částice, které přispívají k rozpaduH→Zγ,by mohly být náznakem neprozkoumané fyziky.
Výzvy však zůstávají. Přestože jsou tyto výsledky průlomové, nejsou ještě definitivní. Do budoucna vědci z ATLASu plánují prozkoumat vzácné Higgsovy rozpady hlouběji díky ještě většímu množství dat z budoucích běhů LHC.
Tým doufá, že budoucí data nejen potvrdí tato zjištění, ale také odhalí další podrobnosti o tom, jak Higgsův boson interaguje s jinými částicemi, zejména s těmi, které nebyly tolik studovány, jako jsou fermiony druhé generace.
Objev Higgsova bosonu byl milníkem v částicové fyzice, ale jeho další studium je klíčové pro lepší pochopení vesmíru. Vědci doufají, že tento výzkum může objasnit základní otázky, jako je povaha temné hmoty a temné energie, které tvoří většinu vesmíru, ale dosud nejsou zcela pochopeny. Kromě toho by zkoumání vlastností Higgsova bosonu mohlo poskytnout vodítko ke sjednocení základních přírodních sil, což je cíl, který fyzikům uniká již desítky let.
Velký hadronový urychlovač, kde se tyto experimenty provádějí, je největším a nejvýkonnějším urychlovačem částic na světě. Nachází se na hranicích Francie a Švýcarska a je to podzemní prstenec o obvodu 27 kilometrů, který vědcům umožňuje srážet protony rychlostí blízkou rychlosti světla. Tyto srážky obnovují podmínky podobné těm, které panovaly při velkém třesku, a umožňují vědcům studovat nejzákladnější částice přírody.
S každým novým objevem CERN a jeho spolupracovníci nadále posouvají hranice našich znalostí a otevírají nové cesty vědeckého výzkumu. Budoucnost částicové fyziky je zářná a studium Higgsova bosonu je jen začátkem nové éry objevů.
Techzpravy.cz
SportWin » bavme se sportem|
Sport - Aktuálně.cz|