Pod masivem Mont Blancu, na konferenci v italském La Thuyle, představili fyzikové výsledky "prosívání" všech údajů z urychlovače LHC až do jeho odstávky v únoru letošního roku. Týmy detektorů MCS a ATLAS v nich hledají stopy po existenci Higgsova bosonu. Tuto částici vědci předpověděli před půl stoletím a její existence by byla důkazem, že vědecké představy o podobě vesmíru se blíží pravdě (více zde).
Co dělá Higgsův boson?Higgsův boson je částice, která je projevem tzv. Higgsova pole. Podle obecně uznávaného fyzikálního předpokladu "má" každý druh pole svoji částici a naopak. Pokud tedy objevíme částici, potvrdili jsme i existenci pole. A právě o Higgsovo pole jde fyzikům spíše. Důležité je pro ně hlavně to, jak toto pole působí na vlastnosti ostatních částic. Nedokonalou analogií by se dalo říci, že Higgsovo pole je jako mlha, která prostupuje vesmír a dává věcem "bílou barvu" (hmotnost). Děje se tak přímo, bez zprostředkování Higgsovými bosony. Higgsovo pole by mělo dát hmotnost tzv. "intermediálním vektorovým bosonům". Tyto částice sice nikdy v životě nepotkáte, ale fungují jako "nosiče" jedné ze čtyř základních fyzikálních sil, tzv. slabé síly nebo slabé interakce. (Varování: Dva ze dvou oslovených fyziků varovali, že tento odstavec obsahuje ještě větší zjednodušení než zbytek textu, ale pro účely článku postačuje.) Slabá síla působí sice na vzdálenosti relevantní maximálně tak v rozměrech atomových jader, ale rozhodně existuje a vesmír by bez ní nefungoval tak, jak funguje. Neexistoval by bez ní například beta-rozpad atomových jader. Možná se s ní blíže seznámíme, pokud zvládneme výrobu energie jadernou fúzí. Tomuto procesu vládne slabá interakce. |
Nově zveřejněné údaje z urychlovače dále podporují představu, že loni pravděpodobně objevená částice je skutečně tak dlouho hledaný "higgs".
"Předběžné výsledky s úplnými daty z roku 2012 jsou báječné a podle mě je jasné, že máme co do činění s Higgsovým bosonem, přestože před sebou máme ještě hodně práce, než zjistíme, jaké přesně jsou jeho vlastnosti," říká v tiskové zprávě střediska CERN Joe Incandela, mluvčí týmu detektoru CMS.
Fyzikové ovšem už nyní s Higgsovým bosonem počítají (kdyby byl objev odvolán, byl by to jednoznačně skandál) a zajímají je především další detaily. Měří se například, jakým způsobem se nový boson rozpadá. Tedy na jaké částice částice se rozpadá a s jakou pravděpodobností se rozpadne tím, či oním způsobem. Sběr takových údajů však trvá, protože jde o extrémně vzácné události (zajímavá je jedna z bilionu, tedy jedna z 1012 srážek, ke kterým v urychlovači dojde).
Podle fyzika Jiřího Chýly se zdaleka nejdůležitější nově zveřejněné výsledky týkají měření dvou vlastností částice, o kterých toho předtím mnoho známo nebylo (jde o spin a paritu, tedy vlastnosti, které v klasické fyzice nemají obdoby). Jejich hodnoty nejsou pro nás laiky nijak důležité a nic nám neřeknou. Zajímavější je, že obě vlastnosti nové částice s největší pravděpodobnosti mají hodnoty, které jí předpověděla fyzikální teorie (pro zvědavé i hodnoty: spin 0, parita 0+).
To jsme rádi, ale...
Kdyby se to potvrdilo, byl by to úspěch. Dotyčná teorie, tedy Standardní model, správně předpověděla už před půl stoletím vlastnosti částice, o které vůbec nebylo a nemohlo být vůbec nic známo. Možná by to ani nemělo být překvapení, protože tento model je dlouhou dobu rozvíjená a hýčkaná soustava rovnic a teorií, které dohromady velmi přesně popisují většinu jevů ve světě částic.
Zároveň je však toto zjištění trochu varovné. Kromě pravděpodobného Higgsova bosonu se na urychlovači LHC neobjevilo mnoho nového. Ovšem Standardní model má mimo jiné celou řadu nedostatků, které volají po nápravě. Nevysvětluje například povahu tzv. temné hmoty a beze zbytku ani gravitaci.
Říkejte mi boson, Higgsův boson.Podle fyzika Jiřího Chýly bychom správně měli říkat, že nová částice není Higgsův boson, ale částice, která nese řadu charakteristik Higgosva bosonu. Ale to je i na fyziky příliš dlouhé, a tak se dnes pro částici, jejíž objev byl oznámen v loňském roce, i ve fyzikálních kruzích používá označení Higgsův boson. Naprosto objektivně se ovšem dá říct, že neprůstřelný důkaz zatím nemají a v nejbližší době mít nebudou. "Úplnou jistotu nebudeme mít asi ani poté, co bude znovu spuštěn LHC s dvojnásobnou energií protonů, ale přesto panuje obecná shoda, že jde skutečně o Higgsův boson," vysvětluje Jiří Chýla. |
Standardní model je tak zapotřebí rozvinout nebo zasadit do nějakého zcela nového rámce. Zatím se však neví, kterým směrem dál. Ve fyzice tak existuje celá řada více či méně "divokých" hypotéz, které by ho chtěly doplnit, nebo zcela nahradit. Ale zatímco o nápady není nouze, úplně pro ně chybí experimentální důkazy. Autoři a zastánci nových myšlenek by samozřejmě s nadšením přivítali výsledky svědčící pro exotičtější podobu Higgsova bosonu, kterou stávající teorie nedokážou vysvětlit. Pak by přišel jejich čas.
I když se však nyní zdá, že nově objevená částice je "nudná" a obor je ve slepé uličce, na zoufání je brzy: "To nejzajímavější teprve přijde," říká Jiří Chýla. Bude to po upgradu a opětovném spuštění urychlovače LHC. Mělo by k němu dojít někdy na podzim roku 2014 a pokusy by měly být znovu zahájeny na jaře roku 2015 (více zde). Důležité je však především to, že zařízení by mělo být schopné dodat částicím podstatně větší energie, a maximální energie srážek se tím zvýšit zhruba na dvojnásobek (z 8 TeV na 14 TeV).
Fyzikům se tak otevře okno do oblastí, kam nikdy předtím neviděli. V pásmu energií, na které urychlovač dosáhl dosud, už nás zřejmě žádné překvapení nečeká. Díky vyšším energiím srážek by totiž mohly vzniknout nové, zatím neznámé částice, které jsou za běžných podmínek příliš nestabilní. Sice nevydrží, ale měly by v detektorech zanechat stopy po své krátké přítomnosti. Fyzikové se v podstatě snaží stále větší silou rozbít hmotu na menší a menší součástky.
Vědci nyní mohou jen doufat, že výkony LHC a jeho detektorů budou stačit na nahlédnutí do jen chabě tušené říše exotických částic. Z ní by pak mohli vyčíst indicie, které by jim ukázaly, jak Standardní model rozšiřovat nebo co postavit nad něj.
Nejhorší, co by se mohlo stát, by byla poušť a ticho. "Kdybychom v LHC po jeho spuštění nic nového neviděli, tak to bychom měli v částicové fyzice problém," přiznává Jiří Chýla. Nehrozila by sice žádná vědecká katastrofa, vypomoci by mohly i jiné obory, ale pro LHC, tedy největší a nejsložitější vědecký experiment v dějinách, by to byl nečekaný neúspěch. Vědci by pak museli doufat nejspíše ve stavbu zbrusu nového zařízení. Ale i kdyby na něj byly peníze, nové objevy by musely být odloženy o roky či spíše desítky let.
