Bosonul Higgs descoperit relativ recent la acceleratorul LHC de la CERN are o masă relativ mică. Dar de ce? O teorie recentă avansează ideea conform căreia universul nostru ar fi doar unul din multe alte universuri. În acest model, pe lângă bosonul Higgs, ar exista inclusiv particule care explică materia întunecată.
Modelul standard
Modelul Standard al fizicii particulelor elementare conține toate particulele pe care le-am descoperit până în prezent: de la electroni la quarcuri, de la fotoni la bosonii W și Z. Din câte știm aceste particule nu ar fi compuse din altceva, de aceea se numesc elementare.
Protonii și neutronii, de exemplu, ca multe alte particule produse la acceleratoare, sunt compuși din quarcuri. Ultima particulă descoperită din cadrul modelului standard este bosonul Higgs.
Bosonul Higgs
Într-un model fizic ideal cu o simetrie (matematică) perfectă, particulele nu ar trebui să aibă masă. Ce univers ar fi însă acela? Noi nu am exista, de exemplu!
Masa particulelor a reprezentat un mister care a fost rezolvat printr-o teorie care „rupe” simetria perfectă, însă într-un mod inteligent.
Această teorie prevede existența unui mecanism, așa-numitul mecanism Higgs, care dă masă particulelor prin interacțiunea cu un câmp de energie.
Dacă acest mecanism este valabil, atunci trebuie să existe o particulă corespunzătoare acelui câmp: este vorba despre bosonul Higgs, care, după circa 50 de ani de căutări, a fost descoperit în 2012 în cadrul proiectelor de cercetare de la ATLAS și CMS la Marele accelerator de hadroni (LCH) de la CERN (Geneva).
Proprietățile acestui boson au fost măsurate. Masa bosonului Higgs este de 125,35 ± 0.15 GeV. Dar masa este considerată foarte mică de către fizicieni. De ce este astfel?
Masa bosonului Higgs
De ce masa bosonului Higgs are valoarea respectivă este un mister. Au fost propuse mai multe modele și teorii, însă nu știm dacă vreuna dintre acestea este cea corectă.
Recent, într-un nou articol publicat în Physics Review Letters, autorii noii teorii arată că masa bosonului Higgs este așa de mică doar în universul nostru. Au existat multe universuri la începuturile istoriei universului nostru, iar în fiecare dintre acestea masa bosonului Higgs avea valori diferite. Universurile în care valoarea era mare au colapsat rapid. Universul nostru, care a supraviețuit, conține un boson Higgs cu o masă relativ mică.
Un bonus: materia întunecată
Nouă teorie prevede inclusiv existența unor noi particule care ar putea reprezenta materia întunecată și care ar fi avut un rol determinant în supraviețuirea universului nostru. Aceste noi particule apar atunci când se încearcă să se „repare” o problemă din fizica actuală: faptul că interacțiunea nucleară puternică (cea care ține quarcurile care formează protonii și neutronii împreună) nu rupe simetria CP.
Pentru a face ca această simetrie CP (simetrie față de procesele care au loc „în oglindă” cu antimaterie în loc de materie) să se mențină - este nevoie de un mecanism care în cadrul noii teorii produce aceste noi particule, în plus față de cele existente în modelul standard actual. Acestea ar putea reprezenta materia întunecată.
Putem verifica?
Evident nu este singurul model sau teorie care încearcă să rezolve problemele din fizica actuală și să calculeze masă bosonului Higgs. Modelul acesta însă – așa cum susțin și autorii – poate să fie verificat experimental (cel puțin asta este speranța autorilor), întrucât prevede o serie de fenomene – precum existența unui moment electric de dipol al neutronului – care pot fi măsurate în viitoarele experimente care vor măsura (vor încerca să măsoare) materia întunecată și hadroni (hadronii sunt particulele care interacționează prin intermediul forței nucleare tari, incluzând barionii, adică particule formate din trei quarcuri, și mezonii, particule formate dintr-un quarc și un antiquark).
Aceste noi experimente de mare precizie ne-ar putea da informații despre o nouă teorie dincolo de modelul standard, iar un candidat pentru o astfel de teorie este cea despre care am vorbit în acest articol, care pornește de la idea mai multor universuri la „începutul timpului”.
