Vědci v CERN objevili novou částicí, zřejmě Higgsův boson

Více než čtyřicetileté hledání důležitého stavebního kamene mikrosvěta zvaného Higgsův boson je zřejmě u konce. Fyzikové v Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN) ve středu předběžně oznámili objev nové částice, která může být kýženým „Higgsem“.

Oznámení vychází z téhož signálu v datech z urychlovače LHC, který vědci pozorovali již loni na podzim. Nyní, po dalších měsících experimentů, je signál mnohem silnější a s pravděpodobností hraničící s jistotou svědčí o existenci nové částice. Zda jde skutečně o Higgsův boson, musí ještě prokázat další analýzy.

Po tajemné částici, jež se poprvé - coby teoretický konstrukt - objevila v práci britského fyzika Petera Higgse v roce 1964, vědci pátrají od 70. let. V současnosti představuje poslední chybějící kamínek v teorii zvané Standardní model elementárních částic, která je hlavní a jedinou současnou teorií mikrosvěta.

Pátrání po Higgsově bosonu se Respekt podrobně věnoval v čísle 49/2011, volně dostupný článek naleznete zde. Připomeňme stručně, že Higgsův boson sehrává klíčovou roli v mechanismu, jakým částice mikrosvěta popisované standardním modelem (kvarky, leptony a intermediální bosony) získávají hmotnost. Ty, na které „Higgs“ působí, jsou hmotné (třeba takzvaný top kvark), zatímco jiných částic, třeba fotonů, si Higgsův boson „nevšímá“ – žádnou hmotnost proto nemají a pohybují se rychlostí světla.

Nově objevená částice má hmotnost 125,3 GeV (gigaelektronvoltů; jednotka energie používáná v mikrosvětě, vyjadřuje se s ní i hmotnost). Je tedy přibližně 133krát těžší než proton. Možnost její existence v někde pásmu hmotností 115–135 GeV naznačovaly i experimenty na americkém urychlovači Tevatron, který loni na podzim ukončil provoz.

Objekt z jiného světa

Podle profesora Jiřího Chýly z Fyzikálního ústavu AV ČR se nakonec může ukázat, že nová částice není očekávaným Higgsovým bosonem. „Může to být objekt úplně z jiného světa, daleko zajímavější,“ říká Jiří Chýla. Překvapivé je, že k tomu, abychom nalezli konečnou odpověď, nemusejí data z urychlovače LHC stačit. V jeho nitru se srážejí protony, k prozkoumání vlastností nové částice by se však více hodily srážky elektronů s jejich opačně nabitými protějšky – pozitrony. Znamená to tedy postavit nový urychlovač.

Ironií osudu je, že objevenou částici mohl detekovat a prozkoumat už urychlovač LEP, který v CERN fungoval do roku 2000 (poté byl demontován, aby v jeho tunelu vznikl právě LHC). Stačilo by, kdyby byl býval jen o trochu výkonnější. Tento urychlovač, v jehož nitru se srážely zmíněné elektrony a pozitrony, mohl studovat nově vznikající částice až do hmotnosti 115 GeV. Scházelo tedy jen málo – aby byl jeho záběr širší o nějakých 11 GeV.

Kudy dál

Vlastnosti nově objevené částice mohou naznačit, kudy se bude dál ubírat odkrývání nejhlubších tajemství vesmíru. Jaké teorie popisují přírodu za hranicemi standardního modelu? Jedním z navrhovaných kandidátů je tzv. supersymetrie, teorie, podle níž má každá částice standardního modelu svého těžšího partnera. Mohlo by se například ukázat, že nově nalezená částice je pouze nejjednodušší, nejlehčí verzí Higgsova bosonu, a že existuje i její supersymetrický partner s hmotností vyšší.

Běžná hmota, kterou v kosmu pozorujeme, tvoří jen čtyři procenta vesmíru. Důkaz, že supersymetrie je správnou teorií, by pomohl odhalit, z čeho se skládá tzv. temná hmota, představujících dalších zhruba 25 % kosmu. Středeční oznámení tedy může být počátkem nové cesty k poznávání nejširšího světa kolem nás.

Představit si ale lze i jinou možnost: Nakonec se ukáže, že objevená částice je skutečně Higgsův boson, žádní supersymetričtí partneři však odhaleni nebudou a urychlovač LHC nenalezne ani nic dalšího skutečně překvapivého. Celá částicová fyzika by pak čelila nepříjemné skutečnosti, že urychlovač za 4,5 miliardy eur objevil jedinou, předem předpovězenou částici.

Poznámka pro čtenáře, kteří si přečtou článek z Respektu 49/2011: výsledky experimentu Opera se nepotvrdily, neutrina se s největší pravděpodobností rychleji než světlo nepohybují.