Хигсов бозон, десет година од открића „божје честице”

Како је ЦЕРН сада саопштио, на десету годишњицу, ово откриће представља прекретницу у историји науке. Годину дана касније, због тога су Франсоа Англер и Питер Хигс добили Нобелову награду за физику. Наиме, они су деценијама раније заједно са покојним Робертом Браутом предвидели такозвано Хигсово поље, које прожима универзум, манифестује се као Хигсов бозон и даје масу елементарним честицама.

„Откриће Хигсовог бозона била је монументална прекретница у физици елементарних честица. Означило је истовремено и крај вишедеценијског истраживања и почетак нове ере проучавања ове веома специфичне честице“, каже Фабиола Ђаноти, генерална директорка Церна и портпаролка експеримента АТЛАС у време открића. „Сећам се са емоцијама тог дана када је откриће објављено, дана неизмерне радости за заједницу физичара који се баве елементарним честицама у читавом свету и за све људе који су неуморно радили деценијама како би ово откриће било могуће“.

Током десет година након овог открића, физичари су направили даље кораке ка разумевању универзума – не само што су потврдили да је честица која је откривена 2012. године заиста Хигсов бозон, већ су почели и да граде слику о томе како је присуство Хигсовог бозона које прожима читав универзум, започето у десетини милијардитог дела секунде након Великог праска.

Карактеристике Хигсовог бозона

АТЛАС и ЦМС су са импресивном прецизношћу измерили да је маса Хигсовог бозона 125 милиона електронволти (GeV). Потоњи eксперименти на ЛХЦ су показали да нова честица нема унутрашњи угаони момент, који физичари називају спин, баш као што је Стандардни модел предвиђао за Хигсов бозон.

Са друге стране, све остале познате елементарне честице имају спин: како честице које граде материју, као што су "up" и "down" кваркови који формирају протоне и неутроне, тако и такозвани преносиоци интеракције, као што су W и Z бозони.

Уз то, анализом Хигсових бозона који се распадају на парове W или Z бозона, АТЛАС и ЦМС су потврдили да ови преносиоци интеракције добијају своју масу кроз интеракције са Хигсовим пољем онако како предвиђа Стандардни модел. Експерименти су такође показали да кваркови "up" и "down", као и тау лептон – који су најтежи фермиони – стичу масу из интеракције са Хигсовим пољем, што такође предвиђа Стандардни модел.

У међувремену, у Церну је откривено више од 60 нових, сложених, односно композитних честица. Неке од њих су егзотични „тетракваркови“ и „пентакваркови“. Експерименти су такође открили серију интригантних наговештаја одступања од Стандардног модела који захтевају даље истраживање и изучавали су детаљно кварк-глуонску плазму која је испуњавала универзум у раној фази. Такође су посматрали многе ретке честичне процесе и отворили могућност потраге за честицама изван Стандардног модела, укључујући и честице које могу да чине тамну материју.

Хигсов бозон крије још много мистерија

Шта је остало да се научи о Хигсовом бозону и Хигсовом пољу десет година касније? Како кажу у Церну: много тога. Да ли Хигсово поље даје масу и лакшим фермионима или ту неки други механизми имају улогу? Да ли је Хигсов бозон елементарна или сложена честица? Може ли да комуницира са тамном материјом и открије њену природу? Шта генерише масу Хигсовог бозона и самоинтеракцију? Да ли има „близанце“?

Проналажење одговора на ова и друга интригантна питања неће само допринети нашем разумевању универзума на најмањим скалама, већ ће нам такође помоћи и да одгонетнемо неке од највећих мистерија универзума у целини. Како је, на пример, универзум постао то што јесте и каква би могла бити његова коначна судбина? Управо Хигсов бозон би могао да крије кључ бољег разумевања неравнотеже између материје и антиматерије, као и стабилности вакуума у универзуму.

Док би одговори на нека од ових питања могли да се добију помоћу података из предстојећег трећег покретања ЛХЦ или планираном надоградњом акцелератора, одговори на друге енигме су изван домашаја ЛХЦ и захтевају будућу „Хигсову фабрику". Зато Церн и међународни партнери истражују техничку и финансијску изводљивост много веће и моћније машине, акцелератора ФЦЦ, са пречником од чак 100 километара. Такав акцелератор је планиран у новој Европској стратегији за физику елементарних честица и могао би да задржи водећу улогу Европе у овој области науке.

Република Србија је пуноправна чланица Церна од 2019. године. Но, и пре тога, физичари и институције из Србије су учествовали у раду различитих колаборација у Церну. Игром случаја, наши истраживачи су активно учествовали и на експерименту ЦМС и на експерименту АТЛАС, односно у раду обе колаборације које су 2012. доказале постојање Хигсовог бозона. Институт за физику у Београду, институт од националног значаја за Републику Србију, стратешки је партнер Церна.