Fyzikové jsou na stopě Higgsovu bosonu, ale jistotu nemají

Smyčka kolem nejhledanější elementární částice se stahuje, ale stále není jisté, zda vůbec je co lovit. Netrpělivě očekávané výsledky experimentů na urychlovači LHC posílily naděje, že se konečně dozvíme, zda Higgsův boson existuje a jaké má vlastnosti. Data zatím nejsou dostatečně průkazná, nejbližší měsíce by však mohly přinést mnohem větší jistotu.

Higgsův boson je poslední z částic předpovězených takzvaným standardním modelem částicové fyziky, jejíž existence nebyla dosud potvrzena. Význam Higgsova bosonu je přitom mimořádný, protože podle teorie dodává ostatním částicím jejich klidovou hmotnost. Bez něj by nemohly existovat atomy, a tedy ani vesmír v podobě, v jaké ho známe.

Pokud by se ukázalo, že Higgsův boson je chiméra, fyzikové by museli své představy o uspořádání světa významně upravit. Standardní model by přestal platit. Mnozí by to neviděli jako katastrofu, protože by se před vědou otevřely zcela nové neprobádané prostory.

Pokud Higgsův boson existuje, je důležité vědět, jakou má energii a z ní odvozené další vlastnosti. Ty totiž mají dalekosáhlé důsledky pro platnost různých fyzikálních hypotéz. Vědci už předchozími experimenty vyloučili široký rozsah energií. Cílem pokusů probíhajících v LHC je probádat i poslední zbývající možnosti.

Tady jsi! Pokud tedy vůbec jsi

Po Higgsově bosonu v LHC pátrají nezávisle na sobě detektory ATLAS a CMS. Na dnešním semináři oba vědecké týmy prezentovaly své výsledky a všichni s napětím čekali, zda mezi nimi nebude nějaký rozpor.

Už několik dní se po internetu šířily informace, že výsledky obou detektorů ukazují na energii Higgsova bosonu někde kolem 125 GeV (gigaelektronvoltů). Průběh semináře dal těmto spekulacím za pravdu.

ATLAS zachytil stopu Higgsova bosonu s energií 126 GeV, CMS vyloučil jeho existenci na energetické úrovni vyšší než 127 GeV a zaznamenal náznak jeho existence na o něco nižší hladině. Jako nejpravděpodobnější z obou experimentů vychází rozsah energií 124-126 GeV.

Ale má to háček. ATLAS si je svými závěry jist s pravděpodobností přibližně 98,7 procent, CMC dokonce jen 95 procent. Zdá se to hodně, fyzikům to však nestačí. Higgsův boson vznikající v urychlovači při srážce protonů existuje jen asi 10-22 sekundy, načež se rozpadá na jiné částice, jejichž stopy fyzikové detekují. Jsou velmi vzácné a skryté v šumu jiných částic a jejich rozpadů, takže interpretace získaných dat je extrémně náročná. Aby fyzikové mohli ohlásit objev Higgsova bosonu, potřebovali by mít data odpovídající jistotě 99,9999 %.

Experimenty na LHC ale pokračují a další nasbíraná data fyzikům dodají větší jistotu. Během roku 2012 by měly důkazy zesílit natolik, že bude možno energii Higgsova bosonu potvrdit. Nebo také ne. Může se ukázat, že aktuálně představené výsledky jsou jen náhodnými artefakty a Higgsův boson buď neexistuje, nebo se skrývá rafinovaněji, než vědci doufali.

Co by to znamenalo?

Pokud má Higgsův boson skutečně energii kolem 125 GeV, je to sice více než stokrát více než hmotnost protonu, přesto je to ve spodní části rozmezí, v němž po něm nyní fyzikové pátrali.

Byla by to dobrá zpráva pro teorie počítající s existencí takzvané supersymetrie. Ta je mimo jiné důležitou podmínkou platnosti superstrunové teorie snažící se spojit do jedné konzistentní teorie graviaci a kvantovou mechaniku, mezi nimiž jsou zatím rozpory, přestože obě svou část fyzikální skutečnosti popisují velmi dobře. Higgsův boson s energií přesahující 140 GeV by supersymetrii vyloučil.

Higgsův boson   Fyziky ve skutečnosti nezajímá ani tak Higgsův boson, jako spíše Higgsovo pole. Právě ono má totiž dodávat ostatním částicím klidovou hmotnost. Higgsův boson si lze představit jako nejmenší možnou vlnu tohoto pole - podobně jako foton je nejmenší vlnou pole elektromagnetického. Jeho pozorování (přesněji pozorování stop částic, v něž se rozpadl) je nejjednodušším, přesto extrémně náročným způsobem, jak existenci Higgsova pole prokázat.   Fyzik Luboš Motl nabízí metaforu s padající tužkou: Když postavíte tužku na špičku, je to symetrická, ale nestabilní pozice.Nevydrží stát a náhodně si vybere nějaký směr, kterým spadne. Tím vybere privilegovaný směr v prostoru, který je tím ovlivněn. Naruší se symetrie, což se projeví jako rozdíl v hmotnosti jednotlivých částic. Higgsovo pole si můžeme velmi zjednodušeně představit jako takovou padající tužku.   Londýnský fyzik David Miller působení Higgsova bosonu vysvětluje na jiné metafoře: Představte si, že vstoupíte do prázdné místnosti, u jejíž zadní stěny stojí na stole sklenka vína. Chcete se napít, takže jednoduše projdete místností a sklenici si vezmete. Tak se pohybuje částice bez vlastní hmotnosti. Nyní si ale představte, že místnost je plná lidí. Míříte ke sklence, ale každý z lidí si s vámi chce potřást rukou a prohodit pár slov. K vínu se tak dostanete mnohem obtížněji - prostředí vám klade odpor. Lidé shlukující se kolem vás jsou jako Higgsovo pole působící na částici. Vy se už nepohybujete rychlostí světla, což musí částice s nulovou hmotností, ale pomaleji. Máte tedy nenulovou hmotnost.

Čtěte dále

další zprávy