Zanka okoli Higgsovega bozona se zateguje

Iskanje Higgsovega bozona je bilo že večkrat tema tukajšnjih blogov. Odkritje “božjega delca” je eden pomembnejših ciljev eksperimentov na trkalniku LHC v CERNu, saj je Higgsov bozon eden od manjkajočih koscev razumevanja delovanja sveta osnovnih delcev.

Kot pa ste lahko prebrali tule, tudi raziskovalci v čikaškem laboratoriju Fermilab mrzlično preiskujejo podatke, ki so jih izmerili na trkalniku Tevatron, da bi v njih odkrili sledi razpadov Higgsovega bozona. Tevatron trka delce s približno 5 do 7 krat manjšo energijo, kot jih bo LHC, in (s prekinitvami) uspešno deluje že več kot 15 let. Raziskovalci so v podatkih, izmerjenih na Tevatronu, leta 1995 odkrili tudi najtežji kvark t (t kot top, “zgornji”, o tem lahko več preberete tule) .

Pogoji za odkritje Higgsovega bozona na Tevatronu niso najugodnejši: po napovedih Standardnega Modela bi Higgsov bozon nastal zelo poredko in bi ga v količini izmerjenih podatkov težko ločili od mnogih ostalih razpadov, ki potekajo ob trkih. Standardni Model ne zna napovedati mase Higgsovega bozona, od njegove mase pa je odvisno,v katere delce bo razpadel in kako pogosto se bodo razpadi dogajali. Znanstveniki morajo zato preveriti veliko različnih scenarijev: za tiste bolj pogoste in kjer z večjo gotovostjo lahko določijo, ali je šlo za razpad prave vrste ali ne, lahko z določeno statistično gotovostjo rečemo, da masa Higgsovega bozona pač ni toliko in toliko, ker bi sicer določene razpade opazili, pa jih nismo.

Prav to počnejo znanstveniki kolaboracij CDF in D0, ki merijo podatke na Tevatronu. Kolaboraciji, ki sicer zdravo in prijateljsko tekmujeta med seboj v znanstvenih dognanjih, sta pri odkrivanju Higgsovega bozona združili moči in predstavili skupne rezultate. Na petek trinajstega dva dni nazaj so na konferenci v italijanskem mestu La Thuile predstavili najnovejše rezultate, ki so povzeti na sliki, in s statistično gotovostjo 95% izključujejo možnost, da ima Higgsov bozon maso med 160 in 170 GeV/c2 (približno 180krat večjo, kot recimo proton).

(Celotno sporočilo za javnost lahko preberete tule.)

Eksperimenti na predhodniku LHC (deloval je v istem tunelu z obsegom 27km), imenovanem LEP, so uspeli pregledati in izključiti razpade za mase do 114 GeV/c2. Mase na intervalu od 160 in 170 GeV/c2 so sedaj izključili z omenjenimi meritvami na Tevatronu.

Maso Higgsovega bozona se da oceniti tudi posredno preko vpliva, ki ga ima Higgsov delec na druge količine. Tako je recimo masa bozona W v Standardnem Modelu odvisna od mase Higgsovega bozona. Če natančno izmerimo maso bozona W, lahko s tem določimo, koliko je “prostora” za maso Higgsovega bozona. Z meritvijo mase bozona W se v kolaboraciji CDF na trkalniku Tevatron v Chicagu ukvarjam tudi sam. Če združimo vse meritve količin, ki so odvisne od mase Higgsovega delca, ugotovimo, da ni prostora za Higgsov bozon z maso nad 185GeV/c2 (seveda je ponovno treba ta stavek razumeti kot trditev z neko statistično gotovostjo (95%)).

Zanka okoli Higgsovega bozona se torej počasi zateguje. Ali to pomeni, da bomo raziskovalci z eksperimentov na Tevatronu izpred nosa raziskovalcem iz CERNa speljali laskavo lovoriko odkritja Higgsovega delca? Verjetno ne, razen če je narava nastavila maso Higgsovega delca na Tevatronu ugodno vrednost. Lahko, da bomo iz meritev na Tevatronu dobili namig, kam bolj pozorno pogledati, za resno statistično gotovo odkritje pa bo potrebno počakati na ponovni zagon LHCja.

Zgodba pa ima še eno sporočilo. Ko je bil Tevatron po zadnjih posodobitvah ponovno zagnan leta 2001, je šlo kar nekaj časa vse narobe in rezultati dolgo niso dosegali pričakovanj. Moderni super-trkalniki in merilniki na njih so tako zapletene aparature, da je za učinkovito delovanje potrebno veliko truda in izkušenj. Danes, 8 let po ponovnem zagonu, Tevatron deluje bolje, kot so bila pričakovanja in načrti ob zagonu. Znanstveniki so dolga leta garali za to, da lahko danes poslušamo o zanimivih rezultatih, kot je ta, ki je bil predstavljen v petek. Nezgoda z LHCjem septembra lani in pa verjetno še veliko presenečenj, ki čaka znanstvenike iz CERNa, preden bo vse potekalo po načrtih, so normalen del procesa, ko gre za tako kompleksne aparature. Lahko pa ste iz zgodbe o uspehu Tevatrona prepričani, da bomo znanstveniki naredili vse, da iz meritev iztisnemo kar največ. Mislim, da bo v prihodnjih nekaj letih moč z veseljem slediti zanimivim odkritjem iz sveta osnovnih delcev.