Fyzici poprvé pozorovali rozpad Higgsova bosonu

- Příroda autor: Ladislav Loukota

Od objevu Higgsova bosonu, k velké nevůli částicových fyziků přezdívanému jako "Božská částice", letos uplynulo již šest let. Absence navazujících velkých objevů by mohla vyvolávat dojem, že částicová fyzika od té doby spí na vavřínech - ve skutečnosti však pokračuje v katalogizaci a ověřování vlastních výsledků. Nejnověji to je znát z ohlášení dlouho toužebně očekávaného pozorování rozpadu Higgsova bosonu na jiné fundamentální částice.

Ilustrace rozpadu Higgsova bosonu

Ilustrace rozpadu Higgsova bosonu,zdroj: CERN

Série malých objevů

Higgsův boson sám byl předpovězen již v 60. letech v rámci čistě teoretických prací. Částicová fyzika obecně hledá odpovědi na to, jak samotná podstata hmoty (a energie) vzniká, a potvrzení či vyvrácení Higgsova bosonu na urychlovači LHC bylo proto zásadní pro další bádání. Higgsův boson je totiž částice, která prostřednictvím svého rozpad udává jiným částicím jejich hmotnost - a tak na všední úrovni doslova ovlivňuje podstatu všeho kolem nás. Nyní oznámené pozorování jeho rozpadu, což je proces, který právě jiným částicím hmotnost udílí, je proto významným milníkem. 

"Oba hlavní experimenty ATLAS a CMS na urychlovači LHC v laboratoři CERN pozorovaly rozpad Higgsova bosonu na pár kvarků b a anti-b," říká k výsledkům český částicový fyzik Jiří Kvita, který spolupracuje s experimentem ATLAS v CERN, "Jde o kvarky ze třetí rodiny elementárních částic, ve které je zabydlen i top kvark a tau lepton."

Jak dále vysvětluje, rozpady Higgsova bosonu na pár tau leptonů, a asociovaná produkce Higgsova bosonu a páru top kvarků již byly dříve pozorovány. Nynější pozorování rozpadu Higgse na b kvarky tak uzavírá skupinu procesů, kdy Higgsův boson interaguje s touto třetí, nejtěžší rodinou částic.

V součtu tento úspěch demonstruje platnost současného modelu mikrosvěta, a nadále potvrzuje pozorování Higgsova bosonu z roku 2012. Nová data navíc pomohou při dalším hledání nových částicových interakcí. 

Jinými slovy, částicová fyzika kráčí správným směrem.

Kudy dále?

Tím však práce částicových fyziků z CERNu zdaleka nekončí. Analýza dalších rozpadů či přímo hledání nových částic, jak je předpověděly teoretické modely, je však o to náročnější, že na jejich identifikaci jsou třeba částicové srážky stále větších energií a mravenčí práce fyziků při jejich rozboru. Jak dodává Kvita, například kvůli rozsáhlému pozadí z událostí během proton-protonových srážek z aktuální studie, které v detektoru vypadají podobně jako jiné události, byla použita komplexní multivarietní technika zvaná Boosted Decision Trees.

"Nové částice se poprvé začaly objevovat od 30. a 40. let 20. století," řekl k minulosti a přítomnosti částicové fyziky Vojtěch Pleskot, rovněž český fyzik v CERNu, "Tehdy to byla žeň - bylo možné postavit jednoduchý detektor, poslat ho do atmosféry do dostatečné výšky, a měli jste novou částici. Teď abychom nějakou chytili, je třeba postavit experiment, který je vysoký jako osmipatrový dům a váží 7000 tun." 

Teorie, jejíž platnost potvrzuje pozorování Higgsova bosonu, je však jenom malou částí předpokládané celkové množiny částic. Například z kosmologie víme, či spíše tušíme, že nám známá "běžná" hmota tvoří jenom čtyři procenta obsahu vesmíru. Další hledání předpovězených částic, které by mohly vysvětlovat povahu temné hmoty a temné energie, proto bude vyžadovat nové urychlovače či detektory.

Ničemu nepomáhá ani skutečnost, že v současné době teprve probíhá pilování teoretických základů, na nichž budou tyto detektory teprve vznikat. Vedle sebe existuje celá rodina vzájemně si konkurujících modelů a bude nějaký čas trvat, než z nich vědci vyberou modely nepravděpodobnější, které teprve budou následně ověřovány možnou detekcí nových částic. 

Ve stručnosti tak lze říct, že na další objev ekvivalentní pozorování Higgsova bosonu si tak možná počkáme další půlstoletí. 

Do té doby však budou mít fyzici v CERNu stále co na práci - pozorování rozpadu Higgsova bosonu totiž ještě není zcela kompletní a bude třeba ověřit i to, zdali se dějí jeho méně časté rozpady na jiné částice. "Pozorování interakci Higgsova bosonu na první dvě rodiny bude mnohem těžší, neboť Higgsův boson si 'povídá' s částicemi tím méně, čímž jsou lehčí." uzavírá Kvita.

Tagy: fyzika věda a poznání Higgsův boson částicová fyzika