Ciekawostka: kiedy fizycy dokonali historycznego odkrycia bozonu Higgsa w 2012 roku przy użyciu najpotężniejszego na świecie akceleratora cząstek , nie wykryli bezpośrednio nieuchwytnej cząstki. Zamiast tego znaleźli odcisk palca starego Higgsy'ego - odcisku złożonego z innych cząstek. Teraz fizycy analizujący mnóstwo danych, które zostały zebrane podczas dwóch pierwszych prób eksperymentalnych Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC), znaleźli kolejny odcisk palca Higgsa. I różni się od odkrycia z 2012 roku, ale być może bardziej dogłębnym.
Zanim przejdziemy do odcisków palców cząstek, przyjrzyjmy się ponownie, czego fizycy szukają w detektorach wielkości budynku rozmieszczonych wokół 17-milowego (27-kilometrowego) pierścienia magnesów nadprzewodzących w LHC . LHC przyspiesza miliardy naładowanych cząstek (takich jak protony) do prędkości zbliżonej do prędkości światła, a dzięki zastosowaniu niezwykle precyzyjnych pól magnetycznych akcelerator zderza te wiązki cząstek z innymi wiązkami cząstek przyspieszanymi w przeciwnym kierunku. Wynikające z tego bezpośrednie rozbicie cząstek wytwarza intensywną energię - rodzaj energii, której wszechświat nie widział od Wielkiego Wybuchu, około 13,8 miliarda lat temu. Te zderzenia cząstek odtwarzają warunki Wielkiego Wybuchu, tylko w nieskończenie niewielkiej skali.
W następstwie tych miliardów małych wielkich wybuchów, niezwykle skoncentrowana energia kondensuje się w nowe cząstki, które nie istnieją regularnie w przyrodzie, takie jak bozon Higgsa, cząstka, którą teoretyzowali już w latach sześćdziesiątych XX wieku Peter Higgs i François Englert.
Cząstka Higgsa jest bozonem cechowania, czyli pośrednikiem między polem Higgsa a materią. Uważa się, że pole Higgsa jest wszechobecne w całym wszechświecie. To pole nadaje materii masę, a bozon Higgsa był „brakującym elementem” Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych, podręcznika z przepisami na to, jak powinna działać cała materia we wszechświecie. Nic więc dziwnego, że jego odkrycie zaowocowało przyznaniem Higgsa i Englerta w 2013 roku Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki.
Jak już wskazaliśmy, LHC nie może bezpośrednio wykryć bozonu Higgsa. Ta niestabilna cząstka rozpada się zbyt szybko, aby nawet najbardziej zaawansowany detektor mógł go zobaczyć. Kiedy się rozpada, tworzy produkty rozpadu - w zasadzie zwykłe cząsteczki subatomowe, które nie rozpadają się tak szybko. To jak rakieta z fajerwerkami z bardzo krótkim lontem; widzisz tylko fajerwerk (bozon Higgsa), gdy eksploduje (zwykłe cząstki rozpadu).
Fizycy dokonali swojego odkrycia w 2012 roku dzięki eksperymentom CMS i ATLAS w LHC, które odkryły „nadmiar” fotonów wyłaniających się z szumu zderzeń cząstek. A to nie były zwykłe fotony. Te fotony wskazywały na istnienie cząstki o masie około 125 GeV (czyli około 133 razy większej od masy protonu) - teoretyczny proces rozpadu, który przewiduje rozpad bozonu Higgsa na parę fotonów. Jednak fizycy myśleli, że bozon Higgsa może mieć inne sposoby rozpadu (zwane „ kanałami rozpadu ”), a teraz fizycy wykryli ulubiony kanał rozpadu Higgsa - kiedy zamienia się w kwark denny (drugi najcięższy z sześciu rodzajów kwarków) a jego odpowiednik antymaterii, kwark przeciwdenny.
To wielka wiadomość. Teoretycznie bozon Higgsa rozpada się na pary kwarków dennych przez prawie 60 procent czasu. Dla porównania przewiduje się, że Higgs rozpadnie się na pary fotonów tylko w 30 procentach czasu. Czy wspominaliśmy, że naprawdę trudno jest wykryć odcisk palca rozpadu kwarków dolnych Higgsa? Tak ciężko, że zajęło to sześć lat.
„Znalezienie tylko jedno zdarzenie, który wygląda jak dwa dolne kwarków pochodzący z bozonu Higgsa nie wystarczy,” powiedział naukowiec Chris Palmer, Princeton University, w oświadczeniu . „Musieliśmy przeanalizować setki tysięcy wydarzeń, zanim mogliśmy naświetlić ten proces, który ma miejsce na szczycie góry podobnie wyglądających wydarzeń w tle”.
Teraz fizycy już to zrobili i badając najkorzystniejszy proces rozpadu Higgsa, mogą go użyć jako narzędzia do badania fizyki wykraczającej poza Model Standardowy.
Teraz to jest interesujące
„Fizyka poza modelem standardowym” oznacza po prostu „fizykę, której jeszcze nie znamy”. Często nazywana „egzotyczną fizyką” lub „nową fizyką”, ta ekscytująca dziedzina wykracza poza granice znanej fizyki. Cząstka Higgsa jest często uważana za portal do nowej fizyki .
