10 éves Higgs-bozon
2012. július 4-én fél évszázados tevékeny várakozás ért véget, amikor az ATLAS és a CMS kísérletek - köztük az ELTE Fizikai Intézet jelenlegi munkatársai - bejelentették a Higgs-bozon felfedezését. Tíz év elteltével a kísérleteknek otthont adó CERN (Európai Nukleáris Kutatási Szervezet) és a kutatásban résztvevő intézmények kutatói tudományos szimpóziummal ünnepelték meg az alkalmat, ahol azt is bemutatták, milyen fényes jövő elé nézünk a Higgs-kutatásban a Nagy Hadronütköztetőn (az LHC-n) és a jövő részecskegyorsítóin.
Miért is volt olyan fontos ez a felfedezés?
Első pillantásra úgy tűnhet, hogy a Higgs-bozonnak nincs hatása a mindennapjainkra, hiszen egy rövid élettartamú részecske, amit csak nagy energiájú részecskeütközésekben észlelhetünk közvetlenül. Közelebbről tekintve azonban a Higgs-bozon és a megismerését célzó kutatásokhoz szükséges innováció is közvetlen hatással van a társadalomra.
Az elemi anyagi részecskék, mint a jól ismert elektron, a Higgs-bozonnal való kölcsönhatás miatt rendelkeznek nem nulla tömeggel, és ez teszi lehetővé azt, hogy kis térfogatba - például egy atomba - zárva stabil anyagot építhessenek fel. A nulla tömegű részecskék - mint a fény elemi részecskéje, a foton - ugyanis fénysebességgel száguldanak az Univerzumban.
Lássuk, mit tanultunk az elmúlt 10 évben a Higgs-bozonról!
A Részecskefizika Standard Modellje a bozon tömegén kívül mindent meg tud jósolni. Ha ezt megmérjük, akkor az elmélet pontos jóslatainak ellenőrzésével megvizsgálhatjuk a modell konzisztenciáját, sőt az esetleg mért kis eltérések segítségével a modell kiterjesztésének irányát is megmutathatjuk.
A CMS detektor által rögzített Higgs-bozon keletkezési események proton-proton ütközésekben.
Pontosan tíz évvel a felfedezés bejelentése után, az ATLAS és CMS együttműködések a Nature folyóiratban minden eddiginél átfogóbb tanulmányokat jelentettek meg ezen egyedülálló részecske tulajdonságairól. A kísérletek független eredményei azt mutatják, hogy a részecske tulajdonságai rendkívül összhangban vannak a részecskefizikai Standard Modellje által megjósolt Higgs-bozon tulajdonságaival. Az új részecske egyre érzékenyebb eszközzé válik új, ismeretlen jelenségek felkutatásában is, amelyek – ha megtalálják őket –
rávilágíthatnak a fizika néhány legnagyobb titkára, például az világegyetemben jelen lévő titokzatos sötét anyag természetére.
“Ezekben az izgalmas kutatásokban az ELTE Fizikai Intézetének munkatársai is részt vesznek több oldalról is: a Higgs-bozonok keletkezési gyakoriságának pontos mérését lehetővé tevő luminozitás meghatározástól a szuperszimmetrikus részecskék bomlásaiból keletkező Higgs-bozonok kereséséig” - mondja Pásztor Gabriella, az MTA-ELTE Lendület CMS kutatócsoport vezetője.
Az elmúlt három évben mind a gyorsító, mind a detektorok karbantartáson, felújításon estek át. Július 5-én, egy nappal az évforduló után
minden eddiginél nagyobb proton-proton ütközési energián, 13,6 TeV-on indul újra az adatgyűjtés.
Az elkövetkező négy évben rögzítendő, az eddigi adatmintát több mint megduplázó ütközések nagyobb pontosságot és ezzel egy új felfedezés lehetőségét hozzák.
A kutatócsoport magyar résztvevőinek munkáját az NKFIH kutatói kezdeményezésű témapályázatai és az Asztro- és részecskefizika tárgyú Tématerületi Kiválósági Program is támogatja.
Borítókép: A Nagy Hadronütköztető CMS detektora.