Čo je Higgsov bozón?
Higgsov bozón je posledným chýbajúcim článkom v takzvanom základnom modeli časticovej fyziky, ktorý popisuje základné stavebné kamene vesmíru. Ostatných 11 častíc, ktoré model predpokladá, už boli nájdené. Objav Higgsovho bozónu by tak potvrdil platnosť celého modelu. Ak by nebol nájdený, museli by vedci prehodnotiť súčasné teórie o vzniku vesmíru.
Higgsov bozón je posledným chýbajúcim článkom v takzvanom základnom modeli časticovej fyziky. Význam tohto modelu pre fyziku médiá porovnávajú s významom teórie evolúcie pre biológov a označujú ho za jeden z najväčších vedeckých objavov storočia.
Podľa vedcov už fakticky zostáva otvorená len otázka, či ide o „štandardný model“ bozónu alebo niektorú z jeho „ľahších“ variantov, ako niektoré fyzikálne teórie predpokladajú. Na odpoveď bude ale nutné si ešte nejaký čas počkať.
„Predbežné výsledky s úplnými údajmi z roku 2012 sú báječné a podľa mňa je jasné, že máme čo do činenia s Higgsovým bozónom, hoci máme pred sebou ešte dlhú cestu, aby sme zistili, o aký druh Higgsovho bozónu ide,“ vyhlásil hovorca výskumného tímu CMS Joe Incandela.
Hovorca druhého výskumného tímu ATLAS Dave Charlton tiež reagoval s nadšením a objav označil za výsledok obrovského úsilia mnohých obetavých ľudí. Podľa neho sa ukazuje, že častica spĺňa parametre štandardného modelu Higgsovho bozónu, a že zistenie je dobrým základom pre budúce merania, na základe ktorého by sa malo zistiť, do akého bozónového spektra prvok patrí.
Vedci sú presvedčení, že v prvej biliontine sekundy po veľkom tresku bol vesmír obrovskou zmesou častíc bez hmotnosti, ktoré lietali rýchlosťou svetla. Až interakciou s Higgsovým poľom získali hmotnosť a nakoniec utvorili vesmír, ako ho poznáme.
Higgsovo pole je zatiaľ teoretické a neviditeľné energetické pole, ktoré preniká celým vesmírom. Niektoré častice, ako napríklad fotóny, ktoré vytvárajú svetlo, pole neovplyvňuje, a preto nemajú žiadnu hmotnosť. Ďalšie častice však pole priťahuje a hmotnosť im dodáva.
Názorne si to možno predstaviť aj na príklade s celebritou. Napríklad George Clooney (častica) ide po ulici a okolo neho je skupina fotografov (Higgsovo pole), ktorí mu dodávajú váhu (hmotnosť). Priemerný človek na tej istej ulici (fotón) sa ale terčom pozornosti fotografov nestane, a tak jednoducho pokračuje v ceste. Higgsov bozón je v tomto prirovnaní očnou riasou jedného z fotografov.
Foto: AP, SITA
Existenciu častice, ktoré sa pre jej význam niekedy tiež prezýva „božská“, predpovedal v roku 1964 britský fyzik Peter Higgs. Teóriu potom rozpracoval s päticou spolupracovníkov. Vážne sa po nej začalo pátrať v 80. rokoch minulého storočia v urýchľovači častíc blízko amerického Chicaga, neskôr potom v podobnom zariadení v Európskej organizácii pre jadrový výskum. Od roku 2010 sa výskumy uskutočňujú vo veľkom hadrónovom urýchľovači pod pohorím Jura na švajčiarsko-francúzskej hranici.
Prvý veľký pokrok pri pátraní po bozóne sa vedcom podaril koncom roka 2011, keď zúžili energetické pásmo, v ktorom je podľa nich potrebné túto hypotetickú subatomárnu časticu hľadať. Novú subatomárnu časticu, ktorá by mohla byť Higgsovým bozónom, objavili vedci v lete minulého roka. Pre potvrdenie výsledkov experimentu bolo ale nutné vykonať ešte ďalšie pokusy, nebolo totiž vylúčené, že sa pri experimente namiesto Higgsovho bozónu podarilo objaviť inú, oveľa exotickejšiu časticu.
Čo je veľký hadrónový urýchľovač (LHC)?
LHC, postavený za zhruba päť miliárd švajčiarskych frankov, je najväčší urýchľovač častíc na svete. Vedcom pomáha simulovať podmienky podobné tým, aké existovali tesne po vzniku vesmíru. Vo februári ale vedci jeho prevádzku na dva roky prerušili, aby mohli zdvojnásobiť kapacitu jeho energie a zároveň zosilniť jeho bezpečnosť. Potom bude skúmanie trvať dva až tri roky, než budú k dispozícii dôveryhodné výsledky.
Hlavnou súčasťou urýchľovača je 27 kilometrov dlhý kruhový tunel umiestnený 50 až 175 metrov pod zemou, ktorým prebieha potrubie v dĺžke 26.659 metrov. Tok častíc v potrubí je riadený a urýchľovaný sústavou približne 9 600 magnetov rôznych druhov a vlastností. Aby elektromagnety vytvorili dostatočne silné magnetické pole, musia ich ochladiť na teplotu –271,3 stupňov Celzia.
Zariadenie umožňuje vyslať proti sebe v takmer úplnom vákuu rýchlosťou rovnajúcou sa 99,9999991 percenta rýchlosti svetla dva lúče subatomárnych častíc (protónov alebo iónov), pri strete ktorých vznikne spŕška nových častíc, ktoré sú predmetom výskumu. Informácie o vlastnostiach novovzniknutých častíc sleduje niekoľko detektorov.
Ako sa pozná, že sa skutočne podarilo objaviť a dokázať Higgsov bozón?
Vedci pri pátraní po bozóne skúmali rôzne energetické hladiny, v ktorých by sa častice mohli objaviť. Pri experimente našli „peak“ (špičky, vrcholky) na energetickom spektre v hladine okolo 125 a 126 gigaelektronvoltov (GeV). Tieto vrcholky podľa nich ukazujú na novú subatomárnu časticu, asi 133-krát ťažšiu ako protón.
Získaný výsledok je tesne pod úrovňou 5 sigma, ktorú časticoví fyzici považujú za hranicu, pri ktorej je možné hovoriť o objave. Úroveň 5 sigma ukazuje pravdepodobnosť náhodnej fluktuácie pozadia, teda chyby, v pomere jedna ku 3,5 milióna. Preto mohli vedci s pomernou istotou oznámiť nájdenie novej častice.