Hmotnost Higgsova bosonu změřena s přesností 0,2 %

Velký urychlovač částic LHC na francouzsko-švýcarské hranici, respektive spíš pod ní, už se pomalu chystá k dalšímu spuštění. Fyzikové by ho měli znovu zapnout začátkem letošního roku. Zároveň ale pořád ještě zpracovávají data, která nasbírali před jeho posledním vypnutím.

Standardní model je způsob, jak pomocí matematiky popsat vlastnosti elementárních částic a síly, jimiž na sebe navzájem působí. Prostřednictvím standardního modelu je možné předvídat, jak se budou tyto částice chovat, případně dokonce předpovídat existenci nových, dosud nenalezených. Některé částice jsou čtenářům pravděpodobně notoricky známé - třeba proton, elektron nebo foton. Jiné jsou exotičtější. Například o Higgsově bosonu asi mnoho čtenářů neslyšelo do doby přibližně před dvěma lety, kdy se ho podařilo objevit.

Lepší než "objevit" by ale bylo napsat "prokázat jeho existenci". Higgsův boson byl totiž dlouho jedna z těch částic, které model předpovídal, jenže se je nedařilo najít. Časem se mu kvůli jeho nepolapitelnosti začalo říkat "božská částice." Povedlo se ho ulovit až po přibližně padesáti letech výzkumu.

Fyzikové museli kvůli Higgsovu bosonu přestavět urychlovač částic Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) na dosud nebývalý výkon. Když stroj za sedm a půl miliardy euro (209 miliard korun) existenci částice nakonec potvrdil, mnoho z nich si oddechlo. Bylo jasné, že standardní model je správně. Jiní byli ale zklamaní. Kdyby se ukázalo, že je špatně, byla by to možná větší zábava.

Nejpřesnější měření

Potvrzením existence Higgsova bosonu ale práce ani zdaleka neskončila. Zrovna teď část zaměstnanců v CERNu urychlovač znovu přestavuje a chystá ho na nové spuštění a další experimenty. Část se jich probírá daty z už proběhlých pokusů a zpřesňuje jejich výsledky. Jedna z otázek, kterou by fyzikové rádi vyřešili, je hmotnost bosonu. Hmotnost patřila k vlastnostem, na jejichž základě výzkumníci před dvěma lety prohlásili, že mají opravdu správnou částici. Tehdy ji ale znali jen přibližně, asi 126 gigaelektronvoltů (GeV).

V časopise The European Physical Journal C teď vyšla práce, která obsahuje dosud nejpřesnější odhad hmotnosti božské částice. Podepsaná je jen "CMS Collaboration." Znamená to skupinu vědců pracujících na experimentu CMS, což je jeden z detektorů v urychlovači. Higgsův boson má podle nich hmotnost 125,02 GeV.

Elektronvolt je jednotka energie. Jeden elektronvolt dodáte elektronu, když ho urychlíte napětím jednoho voltu. Dá se ale použít i jako jednotka hmotnosti. Ve světě malých rozměrů nedává moc smysl uvádět hmotnosti v běžných jednotkách, jako je kilogram. 

133 protonů

Byly by nízké, a poněvadž se částice často pohybují velkými rychlostmi, jejich hmotnost se v závislosti na nich mění, v souladu předpověďmi teorie relativity. Daleko lepší je proto uvádět místo hmotnosti energii, která odpovídá známému vzorečku E = mc2, nebo pro hmotnost m = E/c,2 přičemž c2 se při zapisování většinou vynechává.  Například proton má hmotnost asi 938,27 MeV. Higgsův boson je tedy asi 133krát těžší. Přesnost nejnovějšího výpočtu jeho hmotnosti odhadují vědci na 0,2 procenta.

Kromě hmotnosti má boson ještě další vlastnosti, které vyplývají ze standardního modelu. Například náboj nebo spin - veličinu, která nemá ve světě velkých rozměrů obdoby a většinou se přirovnává k rotaci částice kolem vlastní osy, až na to, že částice ve skutečnosti nerotuje.

Nová teorie?

Spin se uvádí jako celé nebo polocelé násobky určité konstanty. Například 0, 1/2, 1, 3/2, atd. Spin každé částice je daný jednou provždy. Některé částice ho mají poločíselný, třeba 1/2, nebo 3/2. Těm se říká fermiony. Fermion je třeba proton. Jiné mají celočíselný spin: 0, 1, 2 atd. Těm se říká bosony. Higgsův boson má spin i elektrický náboj 0.

Některé další vlastnosti částice ale nejsou tak snadno předpověditelné. Třeba její chuť reagovat s ostatními partikulemi. Vědcům by se hodilo, kdyby našli něco, co standardní model nedokáže vysvětlit, aby mohli začít vymýšlet novou zajímavější teorii, která ho jednou nahradí.

Čtěte dále

další zprávy