Pe 4 iulie 2012, două experimente de la laboratorul de fizica particulelor CERN de la Geneva, ATLAS şi CMS, au anunţat în mod independent descoperirea unei noi particule elementare cu masa de 135 plus sau minus 2 unităţi atomice de masă.
Asta înseamnă că noua particulă, deşi elementară, este mai masivă decât atomul masiv de cesiu şi mai puţin masivă decât atomul imediat următor, de bariu!
Noua particulă elementară descoperită este mai masivă chiar şi decât atomul masiv de cesiu!
Despre noua particulă s-a mai determinat experimental că are sarcină electrică zero, că are spin întreg (0, 1, 2, etc), fiind astfel un boson. Toate aceste proprietăţi sunt identice cu proprietăţile particulei prezise de teoria care explică originea masei particulelor elementare, anume mult căutatul boson Higgs. Mai mult, noua particulă este produsă la fel de abundent ca bosonul Higgs dacă acesta ar avea masa pe care o are particula. Toate acestea conduc spre ideea că poate particula nouă ar fi tocmai bosonul Higgs, prezis teoretic acum 48 de ani de fizicianul britanic Peter Higgs.
Confirmarea existenţei acestei particule ar valida modelul teoretic care explică de ce particulele elementare au masă, pe când infirmarea existenţei particulei ar trimite teoreticienii la a construi noi teorii care să explice masa particulelor. Problema este esenţială pentru a explica Universul nostru, căci dacă particulele nu ar avea masă, atomii şi deci nici noi nu am exista. Cu sau fără a fi bosonul Higgs, descoperirea noii particulei este istorică. Însă pentru a confirma sau infirma dacă este bosonul Higgs, mai trebuie măsurată o proprietate a particulei, anume spinul, aşa cum detaliem mai jos.
După valoarea spinului, particulele elementare se împart în două categorii: fermioni (de la fizicianul italian Fermi) şi bosoni (de la fizicianul indian Bose). Fermionii au spin semi-întreg (1/2, 3/2, etc), în timp ce bosonii au spin întreg (0, 1, 2, etc). Fermionii sunt particule de materie (sau de antimaterie), precum electronii, muonii, leptonii tau, neutrinii, quarcurile (şi corespondenţii lor de antimaterie). Fermionii interacţionează între ei prin particule care mediază forţe sau interacţiuni, adică bosoni. Cunoaştem bosoni precum fotonul (care mediază forţa electromagnetică), gluonii (opt la număr, care mediază forţa tare) şi bosonii W+, W- şi Z (care mediază forţa slabă). Toţi aceşti bosoni au spinul de valoare 1. Există o ipoteză teoretică încă neconfirmată experimental, care zice că ar exista încă o particulă elementară. Aceasta ar media forţa gravitaţională, ar purta numele de graviton şi ar avea valoarea 2 pentru spin, însă nu şi-ar face simţită prezenţa în experimentele de la CERN datorită faptului că forţa gravitaţională este mult mai slabă ca celelalte trei forţe elementare.
Ei bine, bosonul Higgs este prezis de teorie a avea valoarea spinului chiar zero (fiind o valoare întreagă, particula Higgs este un boson). Ar fi singura particulă elementară cunoscută cu spin zero, ceea ce ar face-o foarte specială. Un spin de valoarea 1 (cum au toţi bosonii elementari cunoscuţi) semnifică faptul că bosonul este o particulă vectorială, ceea ce înseamnă că ar fi descrisă în orice moment de trei numere. De exemplu, pentru particula de lumină, fotonul, acestea ar fi direcţia de mişcare şi direcţiile de oscilaţie ale câmpului electric şi magnetic, care ar fi perpendiculare pe direcţia de mişcare. Dar un spin zero ar înseamna că particula este scalară, adică este caracterizată de un singur număr, anume masa particulei. Peste tot în Univers, chiar şi când orice alt câmp ar lipsi şi spaţiul ar fi vid, ar exista totuşi un câmp scalar, căruia i-ar corespunde particula Higgs (aşa cum câmpului electromagnetic îi corespunde fotonul). Aceasta ar însemna că peste tot în Univers ar exista câmp scalar, adică peste tot în Univers ar fi câte un număr (tot aşa cum în orice punct din cameră există un număr care descrie temperatura, de exemplu), iar valoarea acestor numere ar da masă particulelor elementare prin interacţie (ca o “frecare”) cu acest câmp Higgs.
Bosonul Higgs pe înţelesul tuturor.
Videoclip realizat în februarie 2011
În concluzie, la CERN a fost descoperită în mod independent la două experimente diferite, ATLAS şi CMS, o nouă particulă elementară. Aceasta are o valoare a masei cuprinsă între masa unui atom de cesiu şi masa unui atom de bariu, are sarcina electrică zero, are spin întreg (fiind astfel un boson) şi este produsă la fel de abundent ca un boson Higgs cu aceeaşi masă. Dacă noua particulă este sau nu chiar un boson Higgs vom afla în viitorul apropiat, după ce fizicienii vor măsura precis spinul noii particule ca urmare a acumulării în detectoarele lor a cât mai multor “fotografii” cu noua particulă. Fascinanta aventură continuă!
