Egy másik világra utalhat a Higgs-bozon mennyisége

Több van a Higgs-bozonból, mint amennyire a fizikusok számítottak. Ez felveti annak a lehetőségét, hogy nem egyféle Higgs-bozon létezik, ami viszont az elemi részecskék "árnyékvilágára", a hőn áhított szuperszimmetrikus részecskékre utalhat.

A Higgs-bozonnal kapcsolatos új eredmények közlése után folyamatosan jelennek meg elemzések, kommentárok a bejelentés jelentőségéről és a további tudományos célokról. A fizikusok hivatalosan továbbra is csak egy olyan új részecske felfedezéséről beszélnek, amelynek "egyik megfigyelt tulajdonsága sem mond ellent a standard modell Higgs-bozonjának". Ez azt jelenti, hogy az új részecske jól illeszkedik az elemi részecskék világát leíró átfogó elmélethez, az úgynevezett standard modellhez, és az utolsó hiányzó láncszemként véglegesíti annak alapváltozatát.

"A legfontosabb az, hogy az eredmény bizonyítja, jó a 40 éve létező standard modell, amely egy teljes körű matematikai és fizikai modell. Az elmúlt években már kezdtünk eljátszani a gondolattal, hogy milyen lenne egy Higgs-bozon nélküli világ, és akkor mi lenne az a folyamat, amely a Higgs-bozon helyett megteremti a részecskék tömegét. A Higgs-bozon szinte biztosra vehető felfedezése tehát nagyon megnyugtató" - mondja Lévai Péter, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont főigazgatója.

Lévai Péter

A Higgs-bozon anyja neve

"Az, hogy az új megfigyelt részecske két fotonra tud bomlani, azt jelenti, hogy a spinje, azaz perdülete vagy 0, vagy 2. Ha 0, akkor ez a Higgs-bozon, ha kettő, akkor valami nagyon furcsa 'állat', amelynek létezését nem jósolja meg a standard modell. Bár nagyon nehéz lenne elképzelni, hogy nem a Higgs-bozont látjuk, de egyelőre ez sem zárható ki teljesen" - mondja Horváth Dezső, a Debreceni Egyetem professzora, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont tudományos tanácsadója.

Az eredmény megerősítése tehát további adatgyűjtést igényel. "Az év végére tudni fogjuk a Higgs-bozon anyja nevét, foglalkozását, lakhelyét" - mondja Lévai arra utalva, hogy addig még rengeteg adatot gyűjtenek majd be a CERN Nagy Hadronütköztetőjében, az LHC-ben (az eddigi 10 inverz femtobarn mellé még 10-et, aminek érdekében idén már csak proton-proton ütközések lesznek, az eredetileg őszre tervezett proton-ólom ütközéseket tavaszra halasztják).

Az új adatok alapján pontosítani lehet majd a Higgs-bozon tulajdonságait, és ami még izgalmasabb: kiderülhet, hogy hányféle Higgs-bozon létezik.

Több a Higgs-bozon, mint várták

A jelenlegi adatok alapján lehetséges, hogy körülbelül 25 százalékkal több Higgs-bozon keletkezett a közel hároméves megfigyelési időszakban, mint amire a fizikusok számítottak. Az egyik megfigyelési módszerrel (a Higgs-bozon két fotonra való bomlásával) 6 eseményt észleltek, ami megközelítőleg 6000 Higgs-bozon felbukkanására utal (tekintve, hogy a foton-foton bomlás a Higgs-bozonok bomlási lehetőségeinek kb. 1 ezrelékét jelenti).

"Ez az, ami miatt most izgatottak vagyunk. Mindkét kísérlet, az ATLAS és a CMS is több Higgs-bozont lát, mint amit a standard modell jósol" - mondja Horváth. "Ez a többlet azt is jelentheti, hogy nem csak egyféle Higgs-bozon létezik" - mondja Lévai.

Horváth Dezső az LHC-ben lévő CMS-detektor adatait figyeli valós időben Csillebércről

Az árnyékvilág lehetősége

Egynél több Higgs-bozont viszont már nem lehet beilleszteni a standard modell alapváltozatába, ehhez már az úgynevezett szuperszimmetrikus standard modell kell. A szuperszimmetria elmélete szerint az általunk ismert részecskék mindegyikének létezik egy partnerrészecskéje. Ezek lennének a szuperszimmetrikus részecskék egy olyan "árnyékvilágban", amelynek a létezését mi nem érzékeljük. A szuperszimmetria sokkal egyszerűbbé tenné a standard modell matematikáját, és választ adna olyan problémákra, amelyekre a standard modell alapváltozata nem képes. Ilyen például a Világegyetem összetételének 23 százalékát adó sötét anyag, amely általunk egyelőre nem ismert részecskékből is állhat. Ezenkívül lehetőséget nyújt a gravitációs kölcsönhatás beépítésére a standard modellbe.

A szuperszimmetrikus részecskék létezését még nem sikerült igazolni, de a szuperszimmetrikus standard modellhez kétszer annyi Higgs-mező szükséges, mint az alap standard modellhez. Két Higgs-mező esetében azonban nem egy, hanem öt Higgs-bozon létezik az elmélet szerint. Az ötből kettő töltött, három semleges. A három semleges Higgs-bozon tömege bármilyen lehet, de az egyiknek, a legkönnyebb tömegűnek a tulajdonságai teljesen olyanok, mint a standard modell Higgs-bozonjának tulajdonságai.

"A mostani adatok alapján az is lehetséges, hogy a megfigyelt új részecske nem is a standard modell Higgs-bozonja, hanem egy másik, megengedőbb modell, például a szuperszimmetria elmélet legkisebb tömegű Higgs-bozonja, amely mögött új fizika lehet" - mondja Horváth.

"Az LHC másik nagy célja a szuperszimmetrikus részecskék felfedezése. Ez azonban sokkal nehezebb lesz, mint a Higgs-bozoné, amely mérföldkő ugyan, de tudtuk, hogy hol és hogyan kell keresni. A szuperszimmetrikus részecskék utáni kutatás olyan lesz, mint egy tűt keresni a szénakazalban" - mondja Lévai.

A szuperszimmetrikus részecskék utáni kutatás 2015 és 2030 között zajlik majd az LHC-ben, a legnagyobb elérhető energiákon (előbb 13, majd 14 TeV-on). Az adatok feldolgozásában kulcsszerep jut majd a Budapesten most épülő CERN @ Wigner számítóközpontnak is.

1972-ben kezdődött az életem, mint bozon - mondta egyszer a most 83 éves Peter Higgs egy előadásában. Rövidesen tényleg részecske lehet belőle, és talán már az idén megkaphatja a fizikai Nobel-díjat.