Частицата на Хигс – част от загадката материя–антиматерия

В науката има такъв проблем – дисбаланс между материята и антиматерията във Вселената.

Учените смятат, че в процеса на Големия взрив трябва да се е образувало равно количество материя и антиматерия, които са анихилирали и са се превърнали в нула.

Но доколкото сме живи и наблюдаваме материята, нещо не е точно така.

Няколко експеримента, включително BaBar на Националната ускорителна лаборатория SLAC, помогнали да се обяснят някои – но не всички – аспекти на проблема. Сега теоретик от лабораторията и колегите му предлагат възможен метод за търсене на отговор на въпроса с участието на частицата на Хигс.

В работа, публикувана в сп. Physical Review D, те твърдят, че учените от Големия адронен колайдер, където е открит бозонът на Хигс, ще търсят конкретни събития от разпада на частицата, когато колайдерът тръгне отново през март догодина. Детайлите от този разпад могат да отговорят на въпроса, участвал ли е Хигс, или не, в дисбаланса на материята и антиматерията.

„Дойде време за планиране на стратегията на търсенето – казва Мат Долан от SLAC. – Когато Големият адронен колайдер заработи с пълна сила, ние ще бъдем готови.“

Защо във Вселената има повече материя, отколкото антиматерия (или вещество/антивещество), е един от сериозните въпроси сред физиците на частиците и космолозите. Освен това в неговата основа лежи самата същност на нашето съществуване.

В момента от време след Големия взрив, когато Вселената се е охладила достатъчно за образуването на материя, повечето двойки частици материя–антиматерия трябвало взаимно да се унищожат. Но нещо е нарушило баланса в полза на материята и ние – звезди, планети, галактики, живот – сме намерили място под Слънцето.

Наскоро откритият Хигс бозон е пряко свързан с въпроса за материята и антиматерията. И доста логичен е и въпросът, може ли бозонът на Хигс да е въвлечен в преобладаването на материята над антиматерията.

Работата се основава на явление, наречено нарушение на СР-инвариантността. BaBar изследва конкретно това явление. Нарушението на СР-инвариантността говори, че природата различно определя частиците и техните огледално отразени версии с противоположен заряд.

„Търсенето на нарушение на СР-инвариантността на Големия адронен колайдер е сложен процес – казва Долан. – Едва започваме да изучаваме свойствата на Хигс и всякакви експерименти трябва да са добре разработени, ако искаме да подобрим нашето разбиране за това как Хигс се държи в различни условия.“

Първо, изследователите трябва да потвърдят, че Хигс се вписва в Стандартния модел – за момента най-доброто описание на материята, енергията и процесите, които стоят зад това. Хигс, който се вписва в Стандартния модел, ще бъде СР-четен; който не се вписва – СР-нечетен. Ключов момент, който ще покаже, че Хигс е причастен към нарушението на СР-инвариантността, ще бъде това, че той съвместява четни и нечетни аспекти.

Теоретиците предлагат експеримент, който ще позволи да се надникне в процеса на разпада на Хигс на две тау-частици, докато останалата енергия от обикновените протон-протонни сблъсъци ще бъде изхвърлена в две струи или поток. Всяка смес от СР-честност и СР-нечетност в бозона на Хигс ще се определя от ъгъла между двете струи.

„Това е много сериозен и сложен анализ“, обяснява Филип Харис от ЦЕРН, съавтор на работата. Харис се занимава с изучаването на въпроса за разпада на Хигс на тау, свидетелства за който са се появили едва наскоро.

„Бих искал да добавим измерването на нарушението на СР-инвариантността в нашия анализ и това, което предлагат Мат, Мартин и Майкъл, е най-жизнеспособният вариант – казва Харис и добавя, че с нетърпение ще очаква Големият адронен колайдер да започне да генерира данни. – Дори с данните, събрани за няколко месеца, ще можем да направим конкретни изводи за участието на Хигс в СР-нарушенията.“