Higgs i co dalej?

Odkrycie bozonu Higgsa było monumentalnym kamieniem milowym w fizyce cząstek. Oznaczało zakończenie prowadzonych od kilku dekad intensywnych poszukiwań i początek nowej epoki badań, skoncentrowanej wokół wyjątkowej, nowoodkrytej cząstki, stwierdziła Fabiola Gianotti, Dyrektor Generalna CERN, a w momencie odkrycia lider eksperymentu ATLAS.

Jak przypomina z tej okazji Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, mijające od tamtego odkrycia dziesięciolecie wypełnione było intensywnymi badaniami, które ugruntowały wiedzę na temat odkrytej wówczas cząstki. Masa cząstki (125 GeV) jest znana z dokładnością nieomal jednego promila, wiadomo, że silnie oddziałuje z niektórymi znanymi cząstkami elementarnymi. W szczególności chodzi o bozony W i Z, pośredniczące w odziaływaniach słabych. Wiadomo, że łamiąc tzw. symetrie elektro-słabą nadaje tym cząstkom masę zgodnie z przewidywaniem BEH. Podobnie wiadomo jak silnie oddziałuje z ciężkimi kwarkami t i b oraz najcięższym leptonem i tu potwierdzając przewidywanie modelu. Ponad wszelką wątpliwość potwierdzono też, że w przeciwieństwie do wszystkich pozostałych znanych cząstek elementarnych, czyli fermionów (kwarki i leptony) oraz bozonów pośredniczących w oddziaływaniach (W i Z oraz gluony), jest to cząstka pozbawiona wewnętrznego momentu pędu, czyli jedyna znana nam fundamentalna cząstka skalarna.

Jak podkreśla Andreas Hoecker, obecny lider eksperymentu ATLAS, bogate dane eksperymentalne dostarczone przez LHC, fenomenalne działanie eksperymentów ATLAS i CMS oraz szereg nowych technik analizy danych, umożliwiły obu eksperymentom osiągnięcie dokładności pomiarów cząstki Higgsa przewyższającej pierwotne założenia projektowe. Całą dotychczasową wiedzę naukowcy zawdzięczają przy tym jedynie około 5 proc. danych jakie LHC planuje zgromadzić w ciągu całego swojego działania. W perspektywie pozostaje więc ogromny potencjał badawczy. Badacze miedzy innymi chcą się dowiedzieć czy zaobserwowana cząstka Higgsa jest również odpowiedzialna za nadawanie masy lżejszym kwarkom i leptonom, w jaki sposób oddziałuje sama z sobą, w końcu, czy potrafi komunikować się z cząstkami tworzącymi ciemną materię kosmiczną.

Odkrycie fundamentalnej cząstki skalarnej, zaowocowało również szeroko zakrojonymi poszukiwaniami tzw. rozszerzonego sektora Higgsa. Istnienie podobnych, prawdopodobnie masywniejszych cząstek skalarnych jest przewidziane w wielu modelach wykraczających poza ramy obecnego Modelu Standardowego, a próbujących wyjaśnić zagadki, które nie znajdują odpowiedzi w ramach MS. Poszukiwania tzw. "nowej fizyki" będą kontynuowane z wykorzystaniem nowych danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów, który właśnie wznawia działanie po kilkuletnim okresie modernizacji.

Fizycy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN współtworzą eksperyment ATLAS od samych jego początków, a więc już ponad 30 lat. Uczestniczyli w projektowaniu i budowie aparatury eksperymentalnej a obecnie aktywnie uczestniczą w jego bieżącej eksploatacji i analizie danych eksperymentalnych. Ich specjalnościami detektorowymi są między innymi detektor wewnętrzny służący precyzyjnej rekonstrukcji śladów cząstek naładowanych, rekonstrukcja i identyfikacja najcięższego leptonu, a także detekcja cząstek odchylonych od osi wiązki pod bardzo małymi kątami. Prowadzone w IFJ analizy fizyczne dotyczą pomiarów fundamentalnych parametrów Modelu Standardowego, poszukiwań nowej fizyki w ramach rozszerzonego sektora Higgsa, tzw. fizyki dyfrakcyjnej oraz szeroko zakrojonych badań własności plazmy kwarkowo-gluonowej powstającej podczas wysokoenergetycznych zderzeń jąder ciężkich pierwiastków.

Na podstawie materiałów prasowych IFJ PAN.