Tipărire
Categorie: Fizica nucleară şi fizica particulelor
Accesări: 4080

HiggsOamenii de ştiinţă ar putea fi nevoiţi să gândească dincolo de modelul standard pentru a explica masa bosonului care se potriveşte cu aşteptările privind bosonul Higgs şi care a fost observat la LHC (Large Hadron Collider) în vara acestui an.

 

 

 

 

Pe 4 iulie omenii de ştiinţă din întreaga lume au sărbătorit cu şampanie încununarea a aproape 50 de ani de cercetări. Ei au descoperit o nouă particulă, una care arăta foarte similar cu îndelung căutatul boson Higgs.

Bosonul Higgs a reprezentat pentru multe decenii ultima piesă lipsă a modelului standard din fizica particulelor. Însă chiar dacă noua particulă întregeşte modelul, unele componente ale acestuia nu îşi găsesc locul.

„Dacă particula descoperită este bosonul Higgs din modelul standard, atunci modelul va fi complet, dar nu va fi mulţumitor”, explică Eliam Gross, co-organizator din grupul de fizicieni ATLAS Higgs. „Există întrebări care abia aşteptă un răspuns dacă mergem dincolo de modelul standard.”

 

Aşa cum spune teoria, particulele primesc masă la trecerea printr-un fel de câmp de forţă. Imaginaţi-vă ţinând nisip în mână. Strângeţi nisipul cu ambele mâini împreunate. Apoi desfaceţi strânsoarea. Dacă nisipul este uscat, se împrăştie. Dacă este ud, va rămâne în forma pe care i-aţi dat-o. Ideea este aceeaşi şi în cazul particulelor care primesc masă. La fel cum nisipul capătă o altă formă în funcţie de nivelul de umiditate, particulele capătă masă în funcţie de nivelul lor de interacţiune cu câmpul Higgs.

În schimb bosonul Higgs capătă mai multă masă prin interacţiunea sa cu alte particule - şi prin interacţiunea cu el însuşi.

Interacţiunile cu un grup de particule adaugă cantităţi uriaşe de masă bosonului Higgs, iar interacţiunile cu un alt grup mai mic de particule, înlătură masă. Deşi modelul standard nu prezice o masă exactă pentru bosonul Higgs, atunci când sunt luate în calcul alte teorii şi concepte, masa bosonului Higgs poate ajunge la un număr astronomic. Luând acest fapt în considerare, masa la care oamenii de ştiinţă au găsit posibilul boson Higgs, circa 125 de gigaelectroni-volţi, poate părea surprinzător de mică.

Dacă particula găsită este într-adevăr bosonul Higgs, teoriile dincolo de Modelul Standard pot să explice masa lui inexplicabilă. Trei explicaţii obişnuite includ idei de supersimetrie, de compozit şi dimensiuni suplimentare.

Bosonul Higgs supersimetric: alte noi particule

Un mod de a modifica modul de calcul al bosonului Higgs este de a adăuga noi variabile în ecuaţie. Teoria supersimetriei postulează că fiecare particulă elementară are o particulă omologă. Un avantaj este că fiecare dintre aceste particule omologe au un efect opus asupra masei bosonului Higgs. O particulă adaugă masă, alta o scade.

Însă particulele omologe nu se anulează complet reciproc. În teoriile supersimetriei, particulele omologe sunt super-omologe, particulele care sunt opusele particulelor din modelul standard, dar care au o masă mai mare. Atunci când se iau în considerare şi particulele super-omologe, calculul masei bosonului Higgs este aproape echilibrat.

„Acesta este unul dintre motivele pentru care toată lumea adoră supersimetria”, spune fizicianul de la Fermilab, Don Lincoln, care este implicat în experimentul CMS de la LHC şi în experimentul DZero de la Tevatron.

Un alt motiv este că, dacă oamenii de ştiinţă descoperă că acest nou boson este un boson Higgs supersimetric, ei vor şti că un set cu totul nou de particule există, aşteptând să fie detectate. Unul dintre aceşti super-omologi, o particulă masivă numită neutralino, ar putea fi materie întunecată, misterioasa substanţă care se presupune a fi responsabilă pentru aproximativ un sfert din masa din Univers.

Bosonul Higgs compozit: particule şi mai mici

Unii teoreticieni au propus o soluţie aparte pentru masa bosonului Higgs. Ei au cercetat ideea unei particule Higgs compozit – o particulă care se comportă ca şi bosonul Higgs din modelul standard, dar care este alcătuită din particule şi mai mici.

Calcularea masei particulei Higgs compozit ar fi diferită faţă de calcularea masei unei particule Higgs fundamentală, indivizibilă. Dacă particula Higgs ar fi fost alcătuită din particule mai mici, masa sa ar fi masa particulelor constituente plus energia forţei care le-ar ţine legate. Aceasta ar putea însuma 125 de gigaelectroni-volţi.

O particulă Higgs compozită ar zdruncina lumea fizicii particulelor. Dacă bosonul Higgs ar fi alcătuit din particule mai mici, alte particule pe care le considerăm părţi fundamentale ale Universului ar putea fi alcătuite şi ele din particule mai mici. Particulele compozite ar da naştere unei noi ramuri de fizică fundamentală. de unde noi teorii ar putea ieşi la lumină.

Dimensiuni suplimentare: noi lumi

O a treia explicaţie pentru masa bosonului Higgs este că nu îl vedem în întregime deoarece nu îl studiem în toate dimensiunile sale.

„Dacă efectuez un calcul în spaţiul tridimensional, voi avea un rezultat diferit decât dacă efectuez un calcul într-un spaţiu cu cinci dimensiuni”, explică Joe Lykken, teoretician la Fermilab. „efectele care le-ai fi crezut a fi importante (în spaţiul tridimensional) nu mai sunt importante.”

Oamenii de ştiinţă explică forţa slabă a gravitaţiei într-un mod similar. Gravitaţia ne ţine la sol însă, comparată cu celelalte forţe din Univers, ea este anemică. Dacă gravitaţia ar fi la fel de puternică precum celelalte forţe, chiar şi o cană de cafea ar fi prea grea pentru ca o persoană să o ridice.

În realitate s-ar putea ca forţa gravitaţională să existe în mai mult decât cele trei dimensiuni din spaţiu. Ea pare slabă pentru că nu toată forţa sa se face simţită în dimensiunile în care noi o putem detecta.

În mod similar, calculele pentru a prezice masa bosonului Higgs ar putea fi afectate de efectul dimensiunilor suplimentare.

Descoperirea dimensiunilor suplimentare ar putea ajuta cercetătorilor să înţeleagă gravitaţia şi relaţia acesteia cu alte forţe din Univers. Ar putea să motiveze cercetătorii care studiază teoria corzilor, în care Universul nostru se află în cel puţin 11 dimensiuni spaţiale.

Entuziasmul creşte

Chiar dacă noua particulă este bosonul Higgs din modelul standard, „încă avem întrebări”, spune Cristophe Grojean, teoretician din cadrul CERN. „Adăugarea unei alte particule fundamentale nu ne oferă răspunsul fundamental.”

Asta pentru că modelul standard nu este o teorie a totului. Odată cu confirmarea bosonului Higgs din modelul sStandard, teoria va fi întreagă – dar nu cuprinzătoare. Oamenii de ştiinţă ar mai trebui să rezolve misterele energiei întunecate, materiei întunecate şi forţei slabe a gravitaţiei, printre altele.

Descoperirea că noua particulă nu este un boson Higgs din modelul standard – sau descoperirea că nu este nici măcar o particulă Higgs – ar putea oferi cercetătorilor indicaţii spre calea de cercetare viitoare. „Dacă este bosonul Higgs din modelul standard, este nemaipomenit, dar nu ne oferă indicii experimentale încotro să cercetăm în continuare”, afirmă Albert De Roeck, co-organizator din grupul de fizică CMS Higgs.

Povestea noii particule de tipul Higgs este departe de a fi spusă în întregime, un fapt care păstrează entuziasmul de la LHC. Fizicienii sunt nerăbdători să vadă unde îi va duce datele în viitor.


Traducere după  what-else-could-the-higgs-be de Răzvan Gavrilă, cu acordul editorului