Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Fizyka > Nowinka z dn. 24-10-2000  
 Jesteś tutaj
nowinka:
Higgs czy
nie- Higgs?

autor:
Rafał R. Suszek
z dnia:
24-10-2000





Higgs czy nie-Higgs?
Fizycy zajmujący się cząstkami elementarnymi, wysokimi energiami, wielkimi unifikacjami i supersymetrią z uwagą analizują wrześniowe doniesienia z dwóch detektorów w CERN-ie.

Światełko w tunelu niepokojąco długich poszukiwań czy może kolejny miraż nad jałową eksperymentalną pustynią, rozpaloną z dawna nie zaspokajaną potrzebą potwierdzenia wyznawanej wiary w teoretyczny model fizykalnej rzeczywistości? Oto pytania przychodzące na myśl, kiedy patrzy się na niebywałe podniecenie, jakie w kręgach fizyków zajmujących się problematyką cząstek elementarnych, wysokich energii, wielkich unifikacji oraz supersymetrii wywołały wrześniowe doniesienia z dwóch CERN-owskich detektorów: ALEPH i DELPHI, pracujących przy akceleratorze LEP (Large Electron-Positron collider - Wielki Elektronowo-Pozytonowy Zderzacz). Od jedenastu bowiem lat fizycy ci pędzą żywot pełen wytężonej pracy nad weryfikacją i rozbudową przyjętego obecnie modelu oddziaływań elektrosłabych i silnych, czyli tzw. Modelu Standardowego. A napływające wieści mają swoją wagę! Gdyby się potwierdziły, stanowiłyby zwieńczenie wieloletnich wysiłków, zmierzających do znalezienia mitycznego bozonu Higgsa - jednej z fundamentalnych cegiełek konstrukcji (by nie powiedzieć - filozofii), która legła u podstaw nowoczesnego rozumienia praw rządzących światem elementarnych składników materii.

Bozon Higgsa występuje w Modelu Standardowym jako jedna z cząstek elementarnych. Pojawia się w doborowym towarzystwie fermionów: trzech pokoleń leptonów i trzech pokoleń kwarków. Towarzyszą im bozony, przenoszące oddziaływania między fermionami: foton (oddziaływania elektromagnetyczne), bozony W i Z (oddziaływania słabe) oraz 8 gluonów (oddziaływania silne, czyli kolorowe). Sądzi się, iż bozon Higgsa jest odpowiedzialny za nadawanie mas kwarkom i leptonom, a także bozonom W i Z (być może również neutrinom) poprzez tzw. mechanizm Higgsa. Mechanizm ten jest odzwierciedleniem faktu naruszenia (tzw. spontanicznego) pewnej szczególnej lokalnej (zależnej od punktu) symetrii oddziaływań elektrosłabych. Jego specyfika polega m.in. na tym, że obdarowywana masą cząstka oddziałuje z bozonem Higgsa tym silniej, im większą masę nadaje jej pole bozonu oraz im większą masę ma sam bozon. Mechanizm ten jest całkowicie uniwersalny i przenosi się w naturalny sposób do modeli supersymetrycznych. Dlatego odnajdując bozon Higgsa i poznając jego tajemnice, nie tylko zyskujemy pełniejsze zrozumienie potwierdzonego dotąd obrazu oddziaływań subatomowych, ale też mamy szansę wejrzeć w domenę teorii supersymetrycznych (trzymając się przy tym nadziei, że nie są one jedynie atrakcyjną konstrukcją formalną).

Obecność bozonu Higgsa w Modelu Standardowym zaznacza się poprzez jego sprzężenia z dobrze poznanymi cząstkami: pojawia się on w niektórych kanałach ich rozpadów, towarzyszy ich powstawaniu itd. Fakty te od samego początku dostarczały wskazówek, gdzie szukać Higgsa i z jakim spodziewać się go tam prawdopodobieństwem. W rozważaniach tych kluczową rolę odgrywała masa bozonu, tę jednak udało się czysto teoretycznie ograniczyć, umieszczając lekkiego Higgsa gdzieś pomiędzy 50 a 150 GeV (gigaelektronowoltów). Długie lata pracy LEP-u zaowocowały dalszym zawężeniem tego przedziału: stwierdzono definitywnie, że Higgs nie może być lżejszy niż 106 GeV. I tu fizykom najpotężniejszego na świecie akceleratora elektronowo-pozytonowego, LEP-u, zajrzało w oczy widmo kryzysu: "fabryczne" limity energii dostępnych w akceleratorze nie pozwalały na wyprodukowanie Higgsa cięższego niż 109 GeV w preferowanym przezeń towarzystwie bozonu Z. W zderzeniach dwóch przeciwbieżnych wiązek o energiach 100 GeV można było bozonowi Z (o masie 91 GeV) dokooptować towarzysza o masie nie większej niż 109 GeV. Jedyne, co mogło uratować LEP ze szponów niemocy, to brawurowa zabawa zapałkami, na jaką pozwolili sobie ostatecznie minionego lata jego pracownicy podkręcając energie operacyjne do nieosiągalnego do tej pory poziomu: nieco ponad 103 GeV w każdej wiązce!

Na efekt nie trzeba było długo czekać: już w sierpniu pojawiły się doniesienia o nadprodukcji kwarków pięknych (b) zarejestrowanych w detektorze ALEPH, wrzesień zaś przyniósł potwierdzające sygnały z detektora DELPHI. Kwarki b stanowią jeden z dominujących produktów rozpadu Higgsa, a te zaobserwowane w ALEPH i DELPHI nie mogły pochodzić jedynie z rozpadów bozonu Z. Dokładna analiza zebranych danych pozwoliła stwierdzić na poziomie wiarygodności przekraczającym 99% występowanie przy osiągniętych energiach nowej fizyki, której najbardziej prawdopodobnym źródłem jest bozon Higgsa o masie 114 GeV.

Oczywiście, wyniki te to jeszcze nie powód, by otwierać szampana. Potwierdzenie istnienia Higgsa wymagałoby większego poziomu wiarygodności, a to oznacza długie miesiące gromadzenia danych. Tymczasem LEP to w istocie przeszłość światowej fizyki wysokich energii. Na razie przed niechybną śmiercią uchroniła go decyzja o miesięcznym przedłużeniu poszukiwań Higgsa. Naturalną koleją rzeczy jest otwarcie przez LEP pełnych nadziei nowych horyzontów badań przed jego następcą - LHC (Large Hadron Collider - Wielki Zderzacz Hadronów) o imponującej energii operacyjnej 14 TeV (teraelektronowoltów, czyli 14x1012 eV) oraz przekwalifikowującym się pod wpływem ostatnich rewolucyjnych (?) doniesień Tevatronem. Niezależnie jednak od tego, kto ostatecznie znajdzie (o ile znajdzie) legendarną cząstkę, stanowić to będzie kolejny - po rewelacjach z Super-Kamiokande (masywne neutrina) i LEP-u (supersymetria?) - milowy krok na drodze fizycznego poznania. Krok, w którym objawi się raz jeszcze cała subtelność i moc predyktywna nowoczesnych teorii oddziaływań elementarnych.

Rafał R. Suszek

Poszukiwanie bozonu Higgsa opisuje z pasją i dowcipem Leon Lederman w Boskiej Cząstce.

[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach