Pôvodný text sme nahradili článkom z tlačeného vydania SME a doplnili sme ho o rozhovor s časticovým fyzikom.
CHICAGO, BRATISLAVA. Hľadanie čiastočiek, z ktorých je poskladaný svet. To robia vedci pomocou obrovských urýchľovačov ukrytých v kilometrových tuneloch pod povrchom zeme.
Snažia sa v nich napodobniť podmienky krátko po veľkom tresku alebo rozbiť známe častice na také, ktoré bežne nepozorujeme. A v niektorých prípadoch aj na také, ktoré vôbec nepoznáme.
To sa zrejme podarilo v americkom urýchľovači Tevatron. Vedci pracujúci na zariadení neďaleko Chicaga možno objavili dosiaľ neznámy stavebný kameň kozmu. Istí si však zatiaľ nie sú a snažia sa vylúčiť chyby.
Nová častica?
V Tevatrone sa zrážajú zväzky protónov a antiprotónov, ktoré sledujú detektory ako Collider Detector (CDF). Výsledkom zrážok sú dva výtrysky častíc (tzv. jety) spolu s leptónom vyznačujúcim sa veľkou priečnou hybnosťou a chýbajúcou priečnou energiou, ktorá zodpovedá neutrínu.
Práve medzi nimi si vedci všimli istú anomáliu. Naznačovala, že mohli objaviť dosiaľ neznámu, exotickú časticu.
Túto anomáliu fyzici zaznamenali viac než 250-krát, no pri miliardách zrážok existuje priveľké riziko, že ide o chybu. Preto sú vo svojich vyhláseniach opatrní.
„To, čo tam pozorujeme, je akoby existencia novej častice," hovorí Stanislav Tokár z Katedry jadrovej fyziky a biofyziky FMFI UK.
Zaoberá sa práve vyhodnocovaním výsledkov detektorov CDF a ATLAS v európskom Veľkom hadrónovom urýchľovači.
„Pripomína to Higgsov bozón. Účinný prierez tejto častice je však podstatne väčší, ako sa očakáva pre Higgsov bozón štandardného modelu."
Okolo 144 GeV/c2 by mohla existovať nová častica.
Nález overia
Na vyhlásenia o konci starej fyziky je však zatiaľ priskoro. Aby vedci vylúčili prípadnú chybu pri analyzovaní dát, musia nález overiť.
„Ešte to nie je objav," zdôrazňuje Tokár. „No zaujímavé je, že CDF spracovalo len 40 percent očakávanej štatistiky."
Na vyhodnotenie teraz čaká ďalšia časť údajov z detektora CDF a v priebehu týždňov budú anomáliu hľadať aj vo výsledkoch z iného detektora v Tevatrone, D0. Magazín Science pripomína, že ak nová častica jestvuje, v D0 ju uvidia.
„Chápeme, že každý sa teraz na nás pozerá," priznal pre magazín Dmitri Denisov, hovorca experimentu D0.
„Dúfame, že v priebehu niekoľkých týždňov o nás budete počuť."
Štandardný model má niekoľko chybičiek krásy
„Chcem veriť, že tam čosi je,“ hovorí o možnom objave novej častice fyzik Stanislav Tokár z Katedry jadrovej fyziky a biofyziky FMFI UK.
Čo vedci videli na detektore CDF?
„Tento detektor skúma protón-antiprotónové zrážky pri energii zhruba 2TeV. 1 Takáto zrážka imituje systém so strašne vysokou teplotou, zhruba miliónkrát väčšou, ako je v strede Slnka.
CDF robí množstvo štúdií a medzi nimi aj také, kde sa skúmajú zrážky vedúce k istému typu udalostí - eventov. Tieto eventy, ktoré práve vzbudili rozruch, sú tie, ktoré vo výstupnom kanále majú dva jety - jeden leptón s veľkou priečnou hybnosťou a chýbajúcu energiu, čo zodpovedá neutrínu, ktoré sa v detektore neregistruje.
Tieto jety sú prúdy častíc v istom smere, ktoré zodpovedajú kvarkom a gluónom, konštituentom protónov a antiprotónov. Takáto signatúra, dva jety, jeden leptón s veľkou priečnou hybnosťou plus chýbajúca priečna energia, pripomína asociovanú produkciu Higgsovho bozónu.“
To znamená čo?
„Znamená to, že keď sa protón a anitprotón zrážajú, kvark a antikvark z protónu a antiprotónu môžu preanihilovať a vytvoria vám v konečnom stave Higgsov bozón a W bozón. W bozón je známa častica, ktorá bola objavená v roku 1983 v CERN-e.
W bozón sa vám rozpadne na leptón, teda elektrón alebo mión a to neutríno, ktoré sa prejaví ako chýbajúca energia. Keďže W bozón má veľkú hmotnosť, musí mať leptón veľkú príčinu hybnosti. A Higgs, hlavne pri hmotnostiach pod 150 GeV sa vám zvyčajne rozpadne na dva b jety, ktoré v počiatočnom štádiu zodpovedajú b kvarkom. Kvarky však voľne nevidíme. Vidíme len im zodpovedajúce prúdy častíc, jety.“
Ale Higgsov bozón stále nebol pozorovaný.
„Zatiaľ to pripomína situáciu s Higgsovým bozónom. Čo sa však v CDF v skutočnosti pozoruje, je akoby existencia novej častice v oblasti kdesi od 120 GeV do 160 GeV, ktorá pripomína Higgsov bozón.
Takéto eventy však môžu vzniknúť aj bez Higgsovho bozónu, v dôsledku procesov, ktoré veľmi dobre poznáme - hovoríme im pozaďové eventy. Keď vezmeme to, čo sa pozoruje a odčítame očakávané pozadie, dostaneme peak v oblasti zhruba 144 GeV plus mínus 5GeV. Zaujímavé je, že ten exces sa vidí v elektrónovom i miónovom kanále.
Ešte podstatnejšie však je to, že účinný prierez takto získanej častice je podstatne väčší, než sa očakáva pre Higgsov bozón štandardného modelu. Mohlo by to naznačovať na fyziku za štandardným modelom, pretože v prípade fyziky „za štandardným modelom“ môže byť sektor Higgsovych bozónov bohatší, t.j. môže obsahovať viac než len jednu časticu. A tieto modely by to vedeli vysvetliť.“
Výsledkom teda je, že buď sa v dátach z CDF nachádza Higgsov bozón - ale nie taký, ako predpovedá štandardný model - alebo tam je nejaká úplne iná častica?
„Môže to byť Higgsov bozón. Ten totiž nejestvuje len v rámci štandardného modelu. Higgsov bozón jestvuje aj v iných modeloch, takých, pre ktoré je štandardný model len špeciálna teória. Podobne ako Newtonova gravitačná teória pre Všeobecnú teóriu relativity.
Tieto modely majú napríklad päť Higgsových bozónov, kým štandardný model má iba jeden. Mohol by to preto byť Higgs, ale aj nejaká iná častica za štandardným modelom, teda predstavujúca novú fyziku.“
Myslíte si, že častica jestvuje alebo sa jedná o štatistickú chybu?
„Samozrejme sa dá hovoriť aj o štatistickej odchýlke. Ľudia sú preto opatrní. Ale štatistická analýza ukázala, že ten nadbytok je 3,2 sigma (99.9% dôveryhodnosť). Znamená to, že keby ste mali tisíc rovnakých experimentov a jestvovali by len procesy pozadia, tak v jednom z nich by ste čisto v dôsledku fluktuácie dostali tento jav.
Nie je to preto objav. V časticovej fyzike, ak je niečo viac ako 3 sigma, obyčajne sa to volá evidence. No objav potrebuje 5 sigma (99.9999426697% dôveryhodnosť).
Zaujímavé však je, že CDF spracovalo len 40 percent očakávanej štatistiky. Takže keď sa toto zoberie dohromady, môže to byť zaujímavé. Pritom je to parketa, kde experimenty v CERN-e môžu už koncom roka dať vynikajúci výsledky. Ak tam častica, ako tvrdí CDF, jestvuje.“
Vy veríte v jej prítomnosť?
„Je to ťažké. Štandardný model, ktorý je vo vynikajúcej zhode s experimentom, však má niekoľko chybičiek krásy a všetci čakáme na novú fyziku.
Sám však mám zmiešané pocity, pri tom obrovskom množstve zrážok môže vždy dôjsť k nejakým nuansám, ktoré sa ukážu až neskôr. Ale vyzerá to, že tam čosi je. A ja chcem veriť, že tam čosi je.“
Tomáš Prokopčák
Urýchľovač, ktorý čoskoro vypnú
Americký urýchľovač chcú v septembri zastaviť. Už nestačí na európsky superstroj.
CHICAGO, BRATISLAVA. Kedysi to bol najvýkonnejší urýchľovač častíc na svete. No aj keď jeho prvenstvo prekonáva Veľký hadrónový urýchľovač (LHC) na hraniciach Francúzska a Švajčiarska, dokáže aj dnes americký Tevatron rozprávať nové príbehy o „extrémnej“ fyzike.
Oproti európskemu superstroju má jednu výhodu – podstatne viac dát. Aj keď LHC dokáže zrážať zväzky lúčov pri výrazne vyšších energiách ako zariadenie Fermilabu, jeho vedci majú väčšie množstvo údajov na analýzu.
Špekulovalo sa preto, že v Tevatrone môžu časticoví fyzici objaviť známy Higgsov bozón skôr ako v Európe.
To sa zatiaľ nepotvrdilo, vedci pracujúci s americkým strojom však minulý rok spresnili, kde takzvanú božskú časticu hľadať. Zistili, že horná hranica jej hmotnosti bude o čosi menšia, ako ukazovali pôvodné predpoklady. A Tevatron by na objav „Higgsa“ naozaj mohol stačiť.
Odštartovali tak preteky medzi LHC a americkým urýchľovačom v hľadaní kľúčového stavebného kameňa kozmu. No ten vedci stále neobjavili. Možno až doteraz.
Tomáš Prokopčák
