Čtvrtek, 1 října
Shadow

LHC navyšuje výkon, vědci stahují smyčku kolem Higgsova bozonu

Zpracování dat z experimentu CMS na LHC, žlutě jsou vyznačeny dráhy částic, vzniklých ve srážkách protonových svazků. Někde tam se může ukrývat Higgsův boson. Zdroj: National Geographic

Minulý týden se ve zprávě tiskového oddělení Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) opět objevilo nejmocnější zaříkadlo částicové fyziky – Higgsův boson. Většina z nás zpozorní, jakmile se tento pojem začne v médiích skloňovat. Zpozorníme, přestože nevíme, co si pod tímto pojmem představit. Na tom by nebylo nic divného, většina oborů moderní vědy intuitivním představám nepřeje. Ovšem s Higgsovým bosonem je ještě jedna podstatná potíž – za pár měsíců se možná dozvíme, že vůbec neexistuje a budeme se smát své někdejší poblázněnosti nad tímto prázdným pojmem. A možná taky ne.

Co tedy má být Higgsův boson, pokud existuje? Je to poslední důležitý dílek do skládačky Standardního modelu elementárních částic. Snem současné fyziky je sjednocení všech známých interakcí, kterými na sebe působí objekty ve vesmíru. Standardní model elementárních částic není zdaleka onou kýženou teorií všeho, neobsahuje totiž úplnou teorii gravitace ani působení temné hmoty (příznačný název pro něco, o čem nevíme skoro nic, ale je toho plný vesmír). Pokud se ale pohybujeme v měřítku mikrosvěta, kde ostatní interakce (elektromagnetická, silná a slabá jaderná) dominují nad gravitací, je standardní model velice komplexní teorií a v případě svého potvrzení to bude „obrovský krok pro lidstvo“. Standardní model sjednocuje především elektromagnetickou a slabou jadernou interakci do jedné – elektroslabé – interakce. Chceme-li takovou sílu popsat, musíme předpokládat, že částice, které ji zprostředkují, nemají vlastní hmotnost. Z experimentů ale víme, že částice zprostředkující slabou interakci klidovou hmotnost mají. Řešení toho sporu navrhli fyzikové Peter Higgs, Robert Brout a François Englert. Podle jejich teorie částice neměly žádnou hmotnost pouze bezprostředně po velkém třesku. Jakmile došlo k ochlazení, při jisté kritické teplotě vzniklo tzv. Higgsovo pole (nesené Higgsovými bosony) a začalo interagovat s ostatními částicemi. Každá částice ve vesmíru získala prostřednictvím Higgsova bosonu hmotnost. Čím větší byla vzájemná interakce, tím větší je hmotnost částice. Přestože tato teorie se zdá být poněkud složitá a vykonstruovaná, je v souladu s experimenty i staršími teoriemi. Nepřímé důkazy ale nestačí, a tak je hlavním úkolem dvou největších experimentů (CMS a ATLAS) na urychlovači LHC najít důkaz přímý. Bohužel Higgsův boson nedokáže samostatně existovat, vědci proto pátrají po částicích, na které se bezprostředně po vzniku rozpadá. Standardní model předpovídá většinu vlastností Higgsova bosonu – nemá mít žádný spin, náboj ani barvu (veličiny, které umožňují vhodně popsat elementární částice a jejich interakce). Jaká je ale hmotnost Higgsova bosonu, tedy na jaké částice se rozpadá? Na tuto otázku nedává teorie jednoznačnou odpověď a tak vědci musí pátrat ve všech podezřelých intervalech a prověřovat všechny podezřelé kombinace částic.

Díky experimentům provedeným v loňském roce byla oblast možných hmotností Higgsova bosonu postupně zúžena na 117-127 GeV/c2 (pro víc detailů viz Související články). Nejpravděpodobněji bude vážit kolem 125 GeV/c2 (GeV/c2 je jednotka hmotnosti, používaná v částicové fyzice, její definice plyne ze slavné Einsteinovy formule E = mc2).

V částicové fyzice platí – čím víc energie, tím víc vzniká částic, a čím víc částic, tím větší šance, že mezi nimi bude i Higgs. Dostáváme se tedy konečně ke zprávě z minulého týdne.

Energie svazku částic na LHC dosud byla 3,5 TeV, při srážce se tedy uvolnila energie 7 TeV.

Vědci nyní navýší energii svazku na 4 TeV, což má přispět k plánu získat během tohoto roku co nejvíce dat (třikrát více než loni). Data z letošního roku budou na nějakou dobu poslední, které LHC vyprodukuje, protože na konec roku je plánována dlouhodobá odstávka. Po odstavení urychlovače začnou úpravy, jejichž cílem bude další navýšení energie svazku, tentokrát až na maximální hodnotu, pro kterou byl LHC projektován – 7 TeV na svazek.

„Když jsme LHC v roce 2010 spustili, začali jsme na nejnižší energii svazku, která nám ještě umožňovala pracovat na těch úkolech, pro které byl LHC postaven,“ uvedl v oficiálním prohlášení šéf urychlovačů Steve Myers. „Dva roky vesměs pozitivních zkušeností s provozem a různé testy provedené během roku 2011 nás přesvědčily o tom, že můžeme bezpečně zvýšit energii a rozšířit rozsah prováděných experimentů ještě předtím, než nastane první dlouhodobá odstávka LHC. “

Ředitel pro výzkum Sergio Bertolucci k tomu dodal: „Ještě tento rok se rozhodne – buď dokážeme existenci Higgsova bosonu, anebo Standardní model v této podobě padne. V každém případě to ale bude obrovský pokrok v našem porozumění přírodě, pochopení odkud získávají elementární částice svou hmotnost. Bude to nová kapitola v historii fyziky.“

Zdá se tedy, že nás čeká velký rok. LHC bude po běžné zimní odstávce opět spuštěn v březnu a experimenty se nezastaví až do konce listopadu. Poté bude následovat odstávka v délce asi 20 měsíců a s trochou štěstí bude LHC na přelomu let 2014 a 2015 spuštěn se zcela novými vzrušujícími úkoly a výzvami.

Související články: Higgsův boson polapen – možná

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..