De mi az a bozon, és ki az a Higgs?

Magyar idő szerint szerda reggel 9 órakor a részecskefizikában történelmi jelentőségű bejelentéssel kezdődött az ICHEP 2012 fizikuskonferencia. Rolf-Dieter Heuer, a részecskefizikai kutatások európai intézete, a CERN vezetője köszöntötte az egybegyűlteket, majd átadta a szót Joe Incandelának, aki a CERN részecskegyorsítója, a Nagy Hadronütköztető (LHC) egyik legfontosabb kísérletében a CMS detektornál dolgozik, és annak eredményeit képviseli szóvivőként. A CMS fő feladata a Higgs-bozon nevű részecske keresése, amelynek létezését eddig nem tudták bizonyítani - írta az

Incandela erősen szakmai előadásában bemutatta, hogy a Higgs-bozon több lehetséges bomlási csatornáját is vizsgálták, és az LHC lehetővé tette, hogy a korábbi részecskegyorsítókénál nagyobb energián kutassanak, szorosabbra húzva a hurkot a nehezen megfigyelhető bozon körül. Tavaly decemberben már a CERN bejelentette, hogy 115 és 127 gigaelektronvolt (GeV) között várja a Higgs-bozon tömegét, a mostani bemutatón Incadela levezette, hogy 125 GeV körül van a keresett részecske tömege. Aztán közölte, hogy a CMS kísérlet a Higgs-bozon megfigyelésében majdnem elérte az álomhatárt, a kombinált 5 szigmát – ezt hosszan tartó taps fogadta, amitől Incadela teljesen elérzékenyült.

Minden részecskefizikai kísérletnek van egy szórása, kísérleti bizonytalansága, amit szigmával jelölnek. A végső kombinált szigma szám több összetevőből jön össze, és minél nagyobb, annál biztosabb a mért eredmény (bővebben a szigmáról lásd korábbi cikkünket). A részecskefizikában a megegyezés szerint akkor figyeltek meg egy jelenséget, ha a szigma értéke 5 vagy több. Az amerikai Fermilab korábban 2,9-es szigmát tudott felmutatni, a CERN korábbi eredménye 3,2 szigma volt. A mostani bejelentés pontos szigmája 4,9, a megfigyelt részecske tömege 125,3 ± 0,6 GeV.

Incadela után ATLAS detektornál folyó kísérletek szóvivője, Fabiola Gianotti közölte az ATLAS eredményeit. Ő is mélyen belement a kísérletek laikusok számára nehezen érthető részleteibe, majd összegezte azokat. Eszerint az ATLAS megfigyelései összecsengnek a CMS kísérleti eredményeivel: a detektornál 126,5 GeV tömegű részecskét láttak kerek 5 szigmás bizonyossággal.

Az előadások végére a CERN sajtóközleményt is kiadott, amiben még nem mondják ki, hogy megtalálták a Higgs-bozont, csak azt, hogy egy új részecskét figyeltek meg, ami viselkedése alapján a régóta keresett bozonra hasonlít. A bejelentés végén azonban Rolf Dieter-Heuer egyszerűen annyit mondott: „Szerintem megtaláltuk.” Ezt követően percekig tartó, álló ovációval ünnepelték az eredményhez hozzájáruló több ezer kutatót. Peter Higgset, akiről a részecskét elnevezték, külön is méltatták, a tudós azt mondta, hihetetlen, hogy még az ő életében összejött a felfedezés.

Előre kiszivárgott

Incadela már az előző napokban is feltűnt a neten. „Nagyon elfáradtam, így lehet, hogy nem tűnök annyira izgatottnak, mint amilyen valójában vagyok, de ez a felfedezés hatalmas jelentőségű” – mondta azon a videón, ami kedd este kiszivárgott a részecskefizikai kutatások európai intézete, a CERN honlapjáról.

A videón Incandela elmondta, minden adat arra utal, hogy egy új részecskét figyeltek meg. A megfigyelések minden korábbi, a Higgs-bozon felfedezésével szemben felállított kritériumnak megfelelnek: a 125 gigaelektronvolt (GeV) körüli tömegű részecske két fotonra bomlik le, ebből következik, hogy egész spinű részecskéről, vagyis bozonról van szó (a spin impulzusmomentum, az elemi részecskék egy jellemző tulajdonsága). A szakértő óvatosan fogalmazott, mert szerinte még további kísérletekre és megfigyelésekre van szükség ahhoz, hogy biztosat mondjanak a nagy jelentőségű részecskéről. „Végül ki fog derülni, hogy a tulajdonságai megfelelnek-e a standard modell által megjósolt Higgs-bozonénak, vagy némileg eltérnek attól – a lényeg, hogy a felfedezés egy újabb hatalmas lépés az univerzum legalapvetőbb építőkockáinak kutatásában” – mondta Incandena a Daily Telegraph leirata szerint.

A bejelentés legóvatosabb része ezután következett: „amikor azt mondom, hogy megfigyeltük a részecskét, akkor azt állítom, hogy egyelőre csak annyi adatunk van, ami alapján biztosan tudjuk, hogy van ott valami, ami valószínűleg nem is fog eltűnni.”

Korábban a Nature című tudományos magazinban is leközöltek egy, a szerdai sajtótájékoztató eredményeit összegző cikket, amiben szintén az állt, hogy a tavalyi, ATLAS detektorban talált eredményeknek megfelelően a CMS is azonosítani tudott egy részecskét, ami megfelel annak, ahogy a standard modell megjósolja a Higgs-bozont. (Ennek a CERN nyilván nem örült, Gianotti be is szólt a Nature-nek előadása végén.) A mostani eredmények az amerikai Fermilabban kapott adatokkal is összhangban vannak. Az amerikai intézet hétfőn adott ki sajtóközleményt a saját eredményeiről.

A részecskefizika standard modellje egy olyan elmélet, ami a négy alapvető kölcsönhatás közül hármar – az elektromágnesességet, illetve a gyenge és az erős kölcsönhatást – egyesít. A modell szerint a világ két dologból épül fel: anyagi részecskékből, vagyis fermionokból, illetve közvetítő részecskékből, vagyis bozonokból. A standard modell 1970 környékén lett igazán népszerű, mert jól magyarázták az akkoriban felfedezett apró részecskékkel, a kvarkokkal kapcsolatos tapasztalatokat. A standard modell jóslata alapján a Higgs-bozon létezését régóta feltételezték.

De mi az a bozon, és ki az a Higgs?

A standard modell fontosságáról, a szubatomi részecskék típusairól és viselkedésükről már többször írtunk, azonban akkor még csak keresték a Higgs-bozont, illetve csak azt találták meg, hogy hol, mármint milyen energiatartományon kellene keresni azt. Most, hogy végre a tudósok szerint is megvan az először isteni, majd az elhúzódó keresés miatt egyre inkább istenverte részecskének is becézett bozon, talán sokan olyanok is érdeklődnek majd, akiknek kínai a részecskék belső impulzusmomentuma, viszont szívesen tudnának többet az univerzum keletkezéséről és működéséről.

További válaszok az