Higgs: a jól nevelt bozon

Túl jól viselkedik a világ jelenleg legfelkapottabb részecskéje, ami koránt sincs a fizikusok ínyére. A Nagy Hadronütköztető (LHC) tudósai először közöltek részleteket a Higgs-bozonnak tűnő részecske júliusi felfedezése óta.

Az új adatok kizárják az egyik lehetőséget, amivel a bozon megnyithatta volna az utat egy új fizika felé, míg egy másikat alaposan megingatott, ezenfelül a részecskefizika standard modelljével összeegyeztethetetlen részecskék utáni közvetlen kutatások is eredmény nélkül zárultak. "Az új fizika hajszolójaként szerettem volna valami mást látni, mint amivel ma rendelkezünk" - mondta Albert De Roeck, az LHC CMS detektorának tudósa.

Mivel a Higgs-nek tulajdonítják az elemi részecskék tömeggel való felruházásának képességét, az elvárásoknak megfelelően viselkedő részecske kifejezetten előnyösnek tűnhet. A gond az, hogy a részecskét a standard modell jósolta meg, ami azonban a jelenlegi megfigyelések szerint nem lehet teljes, ugyanis nem tud számot adni a sötét anyagról és a gravitációról sem. Júliusban még úgy tűnt, az újonnan felfedezett bozon tartogathat néhány nyomot a standard modell kiterjesztéséhez, mivel voltak hézagok az adatokban, melyek lehetővé tehették volna néhány nem várt tulajdonság felbukkanását.

A Higgs-t nem közvetlenül, hanem a "bomlástermékeiből" detektálták. Az egyik sokat ígérő anomália a tau leptonok hiánya volt, a Higgs ugyanis elméletileg egy taura és antirészecskéjére bomlana, ez azonban nem történt meg, ami standard modellen kívüli részecskék létezésére utalt. A CMS és az ATLAS detektor tudósai a júliusihoz képest kétszer annyi adattal felvértezve a hét közepén Kiotóban tartottak szimpóziumot, melyben számos észlelt tau részecske keveredett elő.

Az új adatok még mindig nem zárják ki a standard modelltől való eltérés lehetőségét, azonban megszüntették az anomáliát. Christoph Paus, a CMS kutatója szerint a tau részecskékbe történő bomlás továbbra is magas prioritást élvez, mivel fenn áll annak a lehetősége, hogy nem fog megfelelni a fizikusok elvárásainak, ezzel együtt aligha vezethet el egy új fizikához. "Röviden, az egész felhajtás a Higgs bomlás tau-antitau arányával kapcsolatban csak a nagy hűhó volt semmiért" - írta blogjában Matt Strassler a Rutgers Egyetem fizikusa.

Nem az új részecske bomlása lenne az egyetlen dolog, ami megerőszakolhatná a standard modellt. Az elmélet kimondja, hogy a Higgs bozon akkor is ugyanúgy viselkedik, ha egy tükörben szemléljük, ezt nevezik "pozitív paritásnak". Júliusban a részecske paritása még nem volt ismert, így elképzelhető volt, hogy a tükörkép eltérést fog mutatni, egy ilyen rendellenesség a standard modell egy elegáns kiterjesztésének, a szuperszimmetriának a jele lett volna.

A Higgs azonban látszólag ebben sem akar eltérni a standard modell vonalától. A szimpóziumon a CMS tudósai egy 2,5 szigmás jelről számoltak be, ami pozitív paritásról árulkodik, ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy a jelenlegi adatok szerint a tévedés lehetősége egy a százhoz. "Az LHC-ben felfedezett részecske egyre inkább a standard modell által megjósolt részecskére hasonlít" - értékelt Steven Weinberg Nobel-díjas fizikus a New Scientist-nek.

Ha netán a Higgs bozon eminens viselkedése még nem lenne elég frusztráló az új fizika után kutatók számára, az LHC a szuperszimmetria és más új elméletek által megjövendölt egzotikus részecskék, mint a skvarkok utáni kutatásának kudarca újabb mélyütést jelenthet számukra. "Az eredmények valóban azt jelzik felénk, hogy vagy nem a megfelelő helyen, vagy nem a megfelelő módon keresünk" - mondta Paul Jackson az ausztrál Adelaide Egyetem ATLAS kísérleten dogozó fizikusa.

Öröm az ürömben, hogy egy furcsaság azért csak fennmaradt júliusról, ami még mindig utat mutathat a standard modellen túli fizika felé. A Higgs látszólag kétszer olyan gyakorisággal bomlik fotonpárokba mint az elméletek szerint. Egyesek egy standard modellen kívüli részecske bomlásának tulajdonítják a foton többletet, mások szerint a jelenség azt bizonyítja, hogy a Higgs maga egy összetett részecske lehet, a standard modell által megjósolt elemi részecske helyett.

Ami szintén érdekesnek mondható, hogy a jelentősen nagyobb adatmennyiség ellenére egyik kísérlet sem hozott új eredményeket. De Roeck szerint további időre van szükség az egyeztetések elvégzéséhez, addig nem érdemes újabb következtetéseket levonni. Haijun Yang az ATLAS kísérlet kutatója szerint jelenleg a difoton bomlás elemzése folyik és idővel frissíteni fogják az eredményeiket.


Peter Higgs, aki 1964-ben megjósolta a Higgs-bozont
Weinberg már korábban kiemelte, hogy az maga lenne a rémálom a fizika számára, ha az LHC által felfedezett Higgs bozon pontosan azt csinálná, ami a standard modellben le van fektetve, semmivel sem többet, ugyanakkor ő is úgy véli, korai még pálcát törni az eredmények felett. "Csalódás, hogy még nincs jele az új fizikának" - tette hozzá Tony Gherghetta, a Melbourne-i Egyetem elméleti fizikusa, aki még reménykedik, hogy más szuperszimmetria részecskék, például a gluinok felbukkanhatnak az LHC egy éven át tartó karbantartásának megkezdése előtt.