Eksperyment, który wywróci do góry nogami nasze pojmowanie Wszechświata

Bozon Higgsa rozpadł się na bozon Z, elektrycznie obojętny nośnik oddziaływań słabych, oraz foton, nośnik siły elektromagnetycznej. Ten rozpad bozonu Higgsa może dostarczyć pośrednich dowodów na istnienie cząstek wykraczających poza te przewidywane przez Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych.

— Dzięki skrupulatnemu połączeniu wyników detektorów ATLAS i CMS zrobiliśmy krok naprzód w kierunku rozwiązania kolejnej zagadki bozonu Higgsa. To badanie jest potężnym testem Modelu Standardowego — przyznała prof. Pamela Ferrari z CERN.

Naukowcy tłumaczą, że rozpad bozonu Higgsa na bozon Z i foton jest podobny do rozpadu na dwa fotony. W tych procesach bozon Higgsa nie rozpada się bezpośrednio na te pary cząstek. Zamiast tego rozpady przebiegają przez pośrednią "pętlę" "wirtualnych" cząstek, które pojawiają się i znikają i nie mogą być bezpośrednio wykryte. Te wirtualne cząstki mogą obejmować nowe, jeszcze nieodkryte cząstki, które oddziałują z bozonem Higgsa.

W jaki sposób badacze z ośrodka CERN zamierzają sprawdzić, czy są dziury w Modelu Standardowym? Otóż przewiduje on, że jeśli bozon Higgsa ma masę ok. 125 miliardów elektronowoltów, ok. 0,15% bozonów Higgsa rozpadnie się na bozon Z i foton. Co jednak istotne, niektóre teorie, które rozszerzają Model Standardowy, przewidują inne tempo rozpadu. Pomiar szybkości rozpadu dostarcza zatem cennych informacji zarówno na temat fizyki wykraczającej poza Model Standardowy, jak i naturę bozonu Higgsa.

Naukowcy zbliżają się do osiągnięcia swojego celu, jakim jest najpotężniejszy w historii test Modelu Standardowego. Na razie połączenie potężnych możliwości akceleratorów ATLAS i CMS zakończyło się uzyskaniem dowodu na rozpad bozonu Higgsa na bozon Z i foton. Wynik ma istotność statystyczną 3,4 odchylenia standardowego, czyli poniżej konwencjonalnego wymogu 5 odchyleń standardowych, aby zgłosić obserwację. Zmierzona szybkość sygnału wynosi 1,9 odchylenia standardowego powyżej prognozy Modelu Standardowego.

Teraz badacze chcą zwiększyć precyzję pomiaru, by sprawdzić, czy rzeczywiście dokonali historycznego odkrycia, które może wywrócić do góry nogami nasze pojmowanie Wszechświata. Dzięki trwającemu trzeciemu uruchomieniu LHC i przyszłemu LHC High-Luminosity, uczeni będą w stanie poprawić precyzję tego testu i badać coraz rzadsze rozpady Higgsa.