Najnowsze wyniki z detektora ATLAS dostarczają silniejszych niż kiedykolwiek przesłanek, że bozon Higgsa może rozpadać się na parę mion-antymion. To zjawisko jest ekstremalnie rzadkie, a jego zaobserwowanie stanowiłoby kamień milowy, pozwalający zajrzeć w interakcje pola Higgsa z lżejszymi cząstkami materii. Zespół połączył dane z ostatnich kampanii pomiarowych, by uzyskać wyraźniejszy obraz tego procesu.
Nowe dane z detektora ATLAS przybliżają próg odkrycia
Naukowcom z CERN udało się osiągnąć istotność statystyczną na poziomie 3,4 odchylenia standardowego. To wyraźny postęp w stosunku do wcześniejszych analiz. Detektor CMS (Compact Muon Solenoid) wcześniej zgłosił wynik na poziomie 3,0 odchylenia standardowego. Połączenie wysiłków obu gigantycznych eksperymentów powoli, ale systematycznie, zbliża fizyków do magicznej granicy pięciu odchyleń, która uznawana jest za oficjalny próg ogłoszenia odkrycia. Praca nad wyłuskaniem tego sygnału z ogromnego tła innych procesów przypomina szukanie pojedynczej, specyficznej igły w stogu siana o rozmiarach sporego miasta.
Mechanizm nadawania masy przez pole Higgsa. Jak cząstki zyskują swoją wagę
Cały mechanizm opiera się na koncepcji pola Higgsa, które przenika całą przestrzeń. To poprzez oddziaływanie z tym niewidzialnym polem cząstki elementarne uzyskują swoją masę. Im silniejsza jest ta interakcja, tym cząstka jest cięższa. Cząstki bezmasowe, jak fotony, omijają to pole nie wchodząc z nim w jakiekolwiek interakcje. Dotychczasowe eksperymenty potwierdziły, że bozon Higgsa łączy się z najcięższymi cząstkami trzeciej generacji, takimi jak kwark t (top) czy lepton tau. Te pomiary były stosunkowo prostsze ze względu na dużą masę tych obiektów.
Czytaj także: Nowe odkrycia w fizyce cząstek elementarnych z polskim akcentem
Prawdziwym wyzwaniem są cząstki drugiej generacji, do której należą miony. Są one około 200 razy cięższe od elektronów, ale w skalach subatomowych to wciąż bardzo mało. Ich produkcja z rozpadu bozonu Higgsa jest niezwykle rzadka, a sygnał niezwykle słaby, co tłumaczy, dlaczego potwierdzenie tego procesu zajmuje tak wiele czasu i wymaga zgromadzenia ogromnej ilości danych.
Perspektywy i wyzwania dla fizyków z CERN
Uzyskane wyniki doskonale wpisują się w przewidywania Modelu Standardowego, co oczywiście cieszy i utwierdza fizyków w słuszności dotychczasowej teorii. Nie oznacza to jednak końca pracy. Kolejne tury zbierania danych przez detektory ATLAS i CMS powinny dalej zwiększać precyzję pomiarów i ostatecznie przekroczyć próg pięciu odchyleń standardowych. W dalszej perspektywie naukowcy marzą o zbadaniu sprzężenia Higgsa z najlżejszymi cząstkami pierwszej generacji, jak elektrony. To przedsięwzięcie byłoby jednak niepomiernie trudniejsze od obecnych wyzwań.
Czytaj także: Bozon Higgsa to dopiero początek odkryć w CERN. Nowa technologia zmieni fizykę na zawsze
Każde takie potwierdzenie to ważny krok w ugruntowywaniu naszego rozumienia podstaw materii. Model Standardowy zdaje kolejny egzamin, co jest powodem do ostrożnego zadowolenia. Warto jednak pamiętać, że fizycy czekają na jakikolwiek sygnał „nowej fizyki” – odstępstwo od przewidywań modelu, które mogłoby otworzyć drzwi do wyjaśnienia większych tajemnic Wszechświata, takich jak natura ciemnej materii.