DESET GODINA OD OTKRIĆA BOŽJE ČESTICE: Monumentalna prekretnica u istoriji nauke

Pre nešto više od deset godina, 4. jula 2012, dve grupe fizičara na LHC akceleratoru u Cernu, ATLAS i CMS, istovremeno su objavile otkriće nove čestice sa svojstvima koja ukazuju na to da je u pitanju Higsov bozon, čestica predviđena Standardnim modelom fizike elementarnih čestica, u medijima poznata kao "božja čestica”.

"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“, rekla je 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“, dodala je ona.

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.

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“, prenosi RTS.

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.

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.

Kurir.rs