Uniwersytet Śląski w Katowicach

I think we have it obwieścił 10 lat temu ówczesny dyrektor generalny CERN-u, profesor Rolf Heuer.

Dokładnie 10 lat temu w eksperymencie LHC (ang. Large Hadron Collider) w ośrodku CERN w okolicach Genewy odkryto, że spośród kilkuset milionów zderzeń proton-proton na sekundę, pojawiły się w wyniku zderzeń reakcje, w których uczestniczyło ni mniej ni więcej tylko cztery miony (naładowane cząstki podobne do elektronów, ale około 210 razy masywniejsze). Analiza tej reakcji (kierunki ruchu mionów, ich energie, pędy) wskazały, iż źródłem tego zdarzenia był rozpad neutralnej cząstki o masie około 130 razy większej od masy protonu, jest to więc bardzo masywna cząstka elementarna, masywniejszy jest jedynie kwark top. Najważniejszy fakt: jest to neutralna cząstka skalarna (bez spinu).

Za tym enigmatycznym stwierdzeniem kryje się  subtelna teoria, w dużym skrócie i uproszczeniu – co zawsze jest niebezpieczne – cząstka bezspinowa nie wyróżnia żadnego kierunku w przestrzeni. Brak spinu jest podstawą mechanizmu, w którym oddziaływania tej cząstki w próżni z innymi cząstkami jest źródłem generacji mass innych cząstek elementarnych, tzw. mechanizm Higgsa. Dlaczego mechanizm ten jest tak ważny? Bez niego elektron byłby bezmasowy, poruszałby się z maksymalną możliwą prędkością światła, nie tworzyłby stanów związanych atomów – a bez atomów, nie byłoby wiązań chemicznych, w konsekwencji – nie moglibyśmy istnieć! Od tego czasu w eksperymencie LHC odkryto miliony różnego rodzaju rozpadów tej cząstki.

Co dalej?

Właśnie rusza następny cykl pracy LHC. Nowe badania przybliżą nas do lepszego oszacowania masy cząstki Higgsa, co ma z kolei implikacje między innymi na szybkość ewolucji Wszechświata i jego stabilność w kosmologicznej skali czasowej oraz zrozumienie jakie teorie powinny lepiej opisywać świat w mikroskali od znanego nam obecnie modelu standardowego. Będą trwać poszukiwania możliwości odkrycia nowych bezspinowych cząstek Higgsa, być może nie neutralnych ładunkowo, co pozwoli na lepsze zrozumienie mechanizmu spontanicznego łamania symetrii przez pola skalarne. Eksperymenty prowadzone przy akceleratorze LHC będą próbowały również oszacować czy dotychczasowe cząstki elementarne mają podstrukturę (szacunkowy rozmiar “cząstki” Higgsa jest 2-3 rzędy wielkości mniejszy od rozmiaru nukleonu). To naprawdę imponujące. Odkąd Demokryt zasugerował istnienie atomów ponad 2500 lat temu, wiemy, że atomy (których istnienie poddawano w wątpliwość jeszcze kilkanaście dekad temu) to nie wszystko, a cząstki elementarne które się na nie składają nie są elementarne! Tak naprawdę nie powinniśmy już w tym momencie mówić o cząstkach a falach i kwantach energii, ale to oddzielny temat.

Nowy etap badań

Tak więc przed nami następny fascynujący etap badań w poznawaniu struktury i własności świata materialnego w najmniejszych dostępnych dla detektorów LHC, sub-nukleonowych rozmiarach.

Teoria cząstek i pól skalarnych Higgsa to bez wątpienia triumf nauki. Możliwe, że w przyszłości  historia fizyki zostanie podzielona na erę przed i po “Higgsie”. Wraz z LHC i jego ulepszoną wersją (HL-LHC), wkraczamy w nową erę badań!