Потвърдиха нови открития за Хигс бозона

Учените не могат да направят снимки на Хигс бозона, елементарната частица предсказана от Питър Хигс през 1964 г., чието съществуване беше потвърдено от Европейската организация за ядрени изследвания – CERN, през 2013 г. Сега, шест години след официалното откриване на Хигс бозона, физиците занимаващи се с елементарни частици обявяват, че са могли да открият Хигс бозони и по друг начин.

Това съобщение не е изненада. То съвпада с прогнозите на така наречения Стандартен модел на физиката на елементарните частици, стабилният, но вероятно непълен план на Вселената изразен в най-малък мащаб.

Но новината със сигурност е важна; може да се каже, че тя затваря първата глава от историята на Хигс бозона и предлага потенциален прозорец за изследване на някои от най-объркващите въпроси във Вселената.

„Това е първият път, когато видяхме свързването на Хигс бозони с долните кварки, което беше предсказано от Стандартния модел“, казва Джон Хът, физик от Харвардския университет, който работи по сътрудничеството на ATLAS в CERN в Швейцария, пред изданието Gizmodo.

„Смятахме, че това ще се случи, но докато не го видяхме, нямаше как да сме сигурни, че Хигс бозонът се свързва с кварките по този начин.“

Преди петдесет години екип от учени, включително Питър Хигс, първоначално теоретично обосновава съществуването на Хигс бозона. Теоретично тези елементарни частици биха могли да обяснят защо някои частици, които трябва да бъдат без маса, всъщност имат маса и потенциално защо всички основни елементарни частици имат маса.

Осигурено беше финансиране за търсене на Хигс бозона, което доведе до откриването на частица, приличаща на него и това беше обявено на 4 юли 2012 г. от учени от експериментите ATLAS и CMS на Големия адронен колайдер.

Чрез тези експерименти Хигс бозона беше забелязан след разбиването на протони и наблюдаване на резултата. Учените сравняват тези резултати със симулации какъв би бил резултатът ако новата частица не съществуваше. Около 30 процента от Хигс бозоните, произведени при тези сблъсъци, трябва да произведат или набор от фотони, или набор от бозони W и Z, частиците, които носят слабата ядрена сила (една от четирите фундаментални сили). Но почти 60 процента от Хигс бозоните трябва да се разпаднат на двойка долни кварки, вторите най-леки от шестте вида кварки.

„Всички налични доказателства показаха съвсем ясно, че новата частица всъщност е Хигс бозона, но откриването на Хигс бозона през разпадането на долните кварки се оказва много по-трудно, отколкото да се намери чрез фотони или бозони W и Z. Фотоните са очевидни в детекторите, а самите W и Z бозони се разпадат на двойки от муони или електрони, също способстващи за лесно откриване на частиците“, казва Сара Чарли за изданието Symmetry Magazine. Но долните кварки изглеждат много по-бързи в детектора и е лесно да се объркат двойките долни кварки, които идват от Хигс бозоните с тези, произведени по други начини.

При експериментите извършени по програмата ATLAS най-сетне стана ясно, че са натрупани наблюдения на достатъчно сблъсъци на протони и получени в резултат на това долни кварки, за да се обяви откритието на Международната конференция по физика на високите енергии (ICHEP) тази година в Сеул, Южна Корея.

Може би си спомняте фразата „стандартни отклонения“ или „сигма“ – прагът, който физиците използват, за да определят колко малко вероятно е тяхното измерване да e дало случайни резултати, ако тяхната хипотеза е невярна. Пет сигма е границата, която физиците на елементарни частици използват, за да кажат, че след като са натрупали и разполагат с много данни, е малко вероятно нещо да се е случило случайно, т.е., че са направили откритие. Физиците получиха наблюдението от пет сигма, което е в съответствие с прогнозите на Стандартния модел.

Физиците извършили другия експеримент за търсене на Хигс бозони с Големия адронен колайдер – LHC, отбелязаха трудността на откритието.

„ATLAS трябваше да съчетае всички данни, които са събрали до 2011 г. с LHC … и дори тогава беше необходимо използването на изкуствени невронни мрежи и машинно обучение“, казва Фриа Блекман, физик от Университета Врие в Брюксел за Gizmodo, като обещава скоро да бъдат публикувани подробни резултати за откритието.

Резултатите са вълнуващи поради няколко причини. От една страна Хигс бозонът предлага начин за частиците да получат масата си чрез някакво физическо поле, което прониква във Вселената. От друга страна, силата, която действа между масите, гравитацията, не изглежда да се вмества в една и съща квантова теория, която описва Хигс бозона и парадигмата точно след Големия взрив, в който са обединени слабите ядрени сили и електромагнитната сила. Един от начините за по-добро разрешаване на проблема може да бъде разбирането на странното поле, което придружава Хигс. Това изисква да се научим как взаимодейства Хигс със самия себе си – поведение, което може да бъде изследвано, като се погледнат четирите долни кварка, произтичащи от такова взаимодействие.

„Ние сме в този интересен момент, където имаме нужда от още информация, за да можем да решим този пъзел“, казва Джон Хът.

Той смята, че „откритието е потвърдено и стабилно, но според него са използвани много математика и променливи, за да се получи пет-сигма откритие – винаги има опасение, че компютърът е направил нещо глупаво, макар да сме направили много кръстосани проверки“.

Друг физик от проекта СМС, Андре Дейвид, казва пред изданието Гизмодо, че Хигс бозоните, които се разпадат до долни кварки, е прогнозата направена от Стандартния модел и това е нулев резултат. Нищо ново и странно още не е научено. Но той е бил ентусиазиран за това, как резултатите могат по-добре да обяснят как кварките получават и тяхната маса, тъй като това е начин да се измери как кварките и Хигс бозоните си взаимодействат.

Това откритие е още един инструмент за изследване на най-дълбоките основи на Вселената. Но има още много неизвестни и са нужни още много наблюдения и експерименти, казва Джон Хът.