Higgsův boson
Higgsův boson je jediná z částic standardního modelu, jejíž existence nebyla dosud plně potvrzena – další podrobnosti najdete zde. V červenci 2012 nicméně ohlásily experimenty ATLAS a CMS v CERN objev nového bosonu s hmotností kolem 125 GeV, jehož vlastnosti jsou s dlouho hledaným Higgsovým bosonem srovnatelné.
Standardní model nepředpovídá, jakou má Higgsův boson hmotnost. Pro každou hodnotu hmotnosti (kterou musí stanovit experiment) ovšem jasně říká, jak často se Higgsův boson produkuje při srážkách částic a jaká je pravděpodobnost různých způsobů rozpadu na známé částice. Následující graf ukazuje, jak často se rozpadá na různé koncové stavy (známé částice) Higgsův boson o hmotnosti 125 GeV.
Takovýto Higgsův boson je velmi těžký, dokonce těžší než boson Z, se kterým jste se už seznámili, má tedy velice krátkou dobu života a urazí jen nepatrnou vzdálenost před tím, než se rozpadne. Není proto žádná šance zaznamenat ho v detektoru částic jako ATLAS přímo.
Higgsův boson může vznikat i při srážkách protonů s vysokými energiemi na LHC. ATLAS a CMS našly mimo jiné kandidáty na rozpad této částice (i) na 2 bosony Z, jež se dále rozpadly každý na pár nabitý lepton-antilepton, (ii) na 2 fotony a (iii) na 2 bosony W, jež se dále rozpadly na 2 nabité leptony a 2 neutrina.
V rámci naší Varianty Z budete mít příležitost pátrat po rozpadech Higgsova bosonu typu (i) a (ii) a částečně tak zopakovat to, co museli dokázat fyzikové z experimentu ATLAS v CERN při objevu nové částice!
Může vám připadat divné, že se v souvislosti s objevem v CERN mluví o “Higgsovu bosonu podobné částici” a nikoli přímo o “Higgsově částici”. Je to dáno požadavkem vědecké korektnosti. Rozpady nové částice na ZZ, W+W- a γγ byly pozorovány a jejich pravděpodobnost zhruba souhlasí s předpovědí standardního modelu, i když zatím s velkou chybou. Přesnější hodnoty se získají s vyšší statistikou. Dosud také nebyly potvrzeny mnohé další rozpadové kanály.
Jak je ale možné, že „vzácné“ rozpady jako H→γγ(s pravděpodobností 0,2 %) se pozorují, zatímco ty „časté“ jako H→bb̅ (s pravděpodobností 57%) nikoli? Při takovém rozpadu totiž vzniknou 2 jety částic, které se téměř nedají rozlišit od daleko častějších „normálních“ jetů, které vznikají při nejrůznějších procesech s účastí silné interakce.
Možná, že při některém z příštích ročníků Masterclasses, až experimenty naberou více dat, budete mít příležitost takové rozpady Higgsovy částice studovat přímo. Zatím hodně štěstí při pátrání po „higgsovských“ či „Higgsu podobných“ událostech s rozpadem na ZZ nebo γγ.
Uvědomte si ovšem, že již za méně než rok po ohlášení objevu důležité nové částice máte příležitost osahat si problém na skutečných datech a tak říkajíc „vlastníma rukama“.
Pokud toho chcete o Higgsově částici vědět víc, podívejte se sem. Ve standardním modelu je důsledkem Higgsova mechanismu, který „může“ za nenulové hmotnosti částic, existence Higgsova bosonu, částice se spinem 0. Právě po takové částici se v datech z LHC pátrá.