Prelomno otkriće u CERN-u: Raspad Higsovog bozona

Zapravo, prema Standardnom modelu fizike elementarnih čestica, čak 60% vremena Higsov bozon se raspada upravo na par donjih kvarkova. Ovi kvarkovi su drugi po masi među šest vrsta, odnosno aroma kvarkova koje – mada imaju duhovita imena (up, daun, šarm, strejndž, top, botom) – grade svu poznatu materiju. Provera pretpostavke da se Higs raspada na dva donja kvarka je od ključnog značaja za modernu fiziku jer rezultati mogu ili da sasvim uzdrmaju sadašnje teorije i ukažu na novu fiziku ili da potvrde Standardni model, koji je zasnovan na ideji da Higsovo polje „daje" masu kvarkovima i drugim elementarnim česticama.

Međutim, uočavanje ovog standardnog kanala na koji se Higsov bozon raspada uopšte nije lako, kao što se pokazalo tokom šest godina istraživanja nakon otkrića Higsa. Razlog za takve poteškoće je tehnički – Higsovi bozoni koji će se raspasti na donje kvarkove nastaju pri snažnim sudarima ubrzanih snopova protona u akceleratoru, ali pri ovim sudarima dešava se i mnogo drugih događaja i ima mnogo drugih načina na koji mogu nastati donji kvarkovi. Zbog toga je teško, usled takvog pozadinskog „šuma", izolovati signal ovog raspada Higsovog bozona, mada se, nasuprot tome, pokazalo da je sasvim lako detektovati mnogo ređe kanale, kao što je raspad Higsa na dva fotona.

Kako bi se izdvojio signal, kolaboracije ATLAS i CMS su ukrštale podatke iz prve i druge faze rada akceleratora LHC, što je uključivalo sudare pri energijama od 7, 8 i 13 teraelektron-volti (TeV). Nakon toga je primenjena izuzetno složena statistička analiza, da bi na kraju oba tima izmerila brzinu raspada Higsa sa velikim statističkim nivoom poverenja (većim od „5 sigma"). Dobijeni rezultati su u saglasju sa predviđanjem Standardnog modela.

„Ovo merenje je prekretnica u istraživanju Higsovog bozona", rekao je portparol ATLAS kolaboracije, Karl Jakobs, dodajući da je ono pokazalo kako su i ATLAS i CMS dostigli nivo dubokog razumevanja svojih podataka i kontrole pozadinskih procesa. „Izvrsne perfomanse akceleratora LHC uz moderne tehnike mašinskog učenja omogućile su nam da postignemo ovaj rezultat ranije nego što smo očekivali", rekao je Džoel Batler, portparol CMS kolaboracije, dodajući da su obe kolaboracije već uspele da vide sprezanje Higsa sa tau česticama, top kvarkom, a sada i sa kvarkom botom, navodi CERN.

Sa novim podacima, kolaboracije će moći da poboljšaju preciznost ovih i drugih merenja i da krenu i u potragu za raspadom Higsa na čestice koje se nazivaju mioni. „Ovi divni i neočekivano rano dobijeni rezultati daju dodatnu motivaciju za naše planove da unapredimo LHC kako bismo suštinski povećali statistiku u istraživanjima", rekao je Erhard Elsen, CERN-ov direktor za istraživanje i računarstvo.