Higsov bozon, deset godina od otkrića „božje čestice”

Kako je CERN sada saopštio, na desetu godišnjicu, ovo otkriće predstavlja prekretnicu u istoriji nauke. Godinu dana kasnije, zbog toga su Fransoa Angler i Piter Higs dobili Nobelovu nagradu za fiziku. Naime, oni su decenijama ranije zajedno sa pokojnim Robertom Brautom predvideli takozvano Higsovo polje, koje prožima univerzum, manifestuje se kao Higsov bozon i daje masu elementarnim česticama.

„Otkriće Higsovog bozona bila je monumentalna prekretnica u fizici elementarnih čestica. Označilo je istovremeno i kraj višedecenijskog istraživanja i početak nove ere proučavanja ove veoma specifične čestice“, kaže Fabiola Đanoti, generalna direktorka Cerna i portparolka eksperimenta ATLAS u vreme otkrića. „Sećam se sa emocijama tog dana kada je otkriće objavljeno, dana neizmerne radosti za zajednicu fizičara koji se bave elementarnim česticama u čitavom svetu i za sve ljude koji su neumorno radili decenijama kako bi ovo otkriće bilo moguće“.

Tokom deset godina nakon ovog otkrića, fizičari su napravili dalje korake ka razumevanju univerzuma – ne samo što su potvrdili da je čestica koja je otkrivena 2012. godine zaista Higsov bozon, već su počeli i da grade sliku o tome kako je prisustvo Higsovog bozona koje prožima čitav univerzum, započeto u desetini milijarditog dela sekunde nakon Velikog praska.

Karakteristike Higsovog bozona

ATLAS i CMS su sa impresivnom preciznošću izmerili da je masa Higsovog bozona 125 miliona elektronvolti (GeV). Potonji eksperimenti na LHC su pokazali da nova čestica nema unutrašnji ugaoni moment, koji fizičari nazivaju spin, baš kao što je Standardni model predviđao za Higsov bozon.

Sa druge strane, sve ostale poznate elementarne čestice imaju spin: kako čestice koje grade materiju, kao što su "up" i "down" kvarkovi koji formiraju protone i neutrone, tako i takozvani prenosioci interakcije, kao što su W i Z bozoni.

Uz to, analizom Higsovih bozona koji se raspadaju na parove W ili Z bozona, ATLAS i CMS su potvrdili da ovi prenosioci interakcije dobijaju svoju masu kroz interakcije sa Higsovim poljem onako kako predviđa Standardni model. Eksperimenti su takođe pokazali da kvarkovi "up" i "down", kao i tau lepton – koji su najteži fermioni – stiču masu iz interakcije sa Higsovim poljem, što takođe predviđa Standardni model.

U međuvremenu, u Cernu je otkriveno više od 60 novih, složenih, odnosno kompozitnih čestica. Neke od njih su egzotični „tetrakvarkovi“ i „pentakvarkovi“. Eksperimenti su takođe otkrili seriju intrigantnih nagoveštaja odstupanja od Standardnog modela koji zahtevaju dalje istraživanje i izučavali su detaljno kvark-gluonsku plazmu koja je ispunjavala univerzum u ranoj fazi. Takođe su posmatrali mnoge retke čestične procese i otvorili mogućnost potrage za česticama izvan Standardnog modela, uključujući i čestice koje mogu da čine tamnu materiju.

Higsov bozon krije još mnogo misterija

Šta je ostalo da se nauči o Higsovom bozonu i Higsovom polju deset godina kasnije? Kako kažu u Cernu: mnogo toga. Da li Higsovo polje daje masu i lakšim fermionima ili tu neki drugi mehanizmi imaju ulogu? Da li je Higsov bozon elementarna ili složena čestica? Može li da komunicira sa tamnom materijom i otkrije njenu prirodu? Šta generiše masu Higsovog bozona i samointerakciju? Da li ima „blizance“?

Pronalaženje odgovora na ova i druga intrigantna pitanja neće samo doprineti našem razumevanju univerzuma na najmanjim skalama, već će nam takođe pomoći i da odgonetnemo neke od najvećih misterija univerzuma u celini. Kako je, na primer, univerzum postao to što jeste i kakva bi mogla biti njegova konačna sudbina? Upravo Higsov bozon bi mogao da krije ključ boljeg razumevanja neravnoteže između materije i antimaterije, kao i stabilnosti vakuuma u univerzumu.

Dok bi odgovori na neka od ovih pitanja mogli da se dobiju pomoću podataka iz predstojećeg trećeg pokretanja LHC ili planiranom nadogradnjom akceleratora, odgovori na druge enigme su izvan domašaja LHC i zahtevaju buduću „Higsovu fabriku". Zato Cern i međunarodni partneri istražuju tehničku i finansijsku izvodljivost mnogo veće i moćnije mašine, akceleratora FCC, sa prečnikom od čak 100 kilometara. Takav akcelerator je planiran u novoj Evropskoj strategiji za fiziku elementarnih čestica i mogao bi da zadrži vodeću ulogu Evrope u ovoj oblasti nauke.

Republika Srbija je punopravna članica Cerna od 2019. godine. No, i pre toga, fizičari i institucije iz Srbije su učestvovali u radu različitih kolaboracija u Cernu. Igrom slučaja, naši istraživači su aktivno učestvovali i na eksperimentu CMS i na eksperimentu ATLAS, odnosno u radu obe kolaboracije koje su 2012. dokazale postojanje Higsovog bozona. Institut za fiziku u Beogradu, institut od nacionalnog značaja za Republiku Srbiju, strateški je partner Cerna.