Isteni részecske: hadd látom, úgymond, mennyit ér a tömegtartomány?

Az európai és az amerikai fizikusok egyre szűkítik azt a tömegtartományt, ahol a rejtélyes Higgs-bozon esetleg felbukkanhat. Az „isteni részecske” megtalálása alátámaszthatná az úgynevezett standard modell létjogosultságát. Egyszerűbben fogalmazva: megmagyarázná, miért van tömege a többi elemi részecskének. Lévai Péter akadémikus szerint azonban az eddigi bejelentések azt mutatják, hogy nagyon nehéz terepre keveredtek a részecskefizikusok.

Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) nagy hadronütköztetője (LHC) újabb adatokat szolgáltatott hétfőn – sajnos nem arról, amit sokan vártak. Elmaradt ugyanis a bejelentés az „isteni részecske” megtalálásáról. Ezzel szemben az LHC és amerikai Tevatron méréseiből kiderült, hogy mely tömegtartományban nem fordul elő Higgs-bozon, az a részecske, amely más elemi részecskék tömegéért lehet felelős.

„A Higgs-bozon nem egy közönséges részecske, hanem a fizika standard modelljének sarkalatos eleme, amely megmagyarázza az ősrobbanás elméletét, s azt, hogy miképp tettek szert tömegre a korai univerzumban más részecskék” – mondta egy hétfői konferencián Rolf Heuer, a CERN főigazgatója, amint erről a hvg.hu-n is beszámoltunk.

Ugyanakkor e rejtélyes részecskének még a tömegét sem tudjuk, a fizikusok különböző tartományokban pásztázták eddig a részecskegyorsítókban keletkezett nyomokat a Higgs-bozon után kutatva. Mérések sokasága sejteti, hogy a részecske nem lehet könnyebb 115 GeV-nél (gigaelektronvolt, 1 GeV = 1 milliárd elektronvolt – ez nevének hangzása ellenére egy tömeget jelző mértékegység), aztán kizártak még számos más értéket is. Most a legvalószínűbbnek az tűnik, hogy az „isteni részecske” valahol a 130-150 GeV-es tartományban, vagy egy másik szűk sávban, a 180-185 GeV-es sávban helyezkedik el. (Azért azt tudni kell, hogy ezek az adatok inkább valószínűségeken alapulnak, semmint tökéletes biztonsággal megállapított határértékeken.)

Mindennek kapcsán Lévai Péter akadémikus, az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Intézetének munkatársa elmondta a hvg.hu-nak: azzal, hogy az amerikai és az európai részecskegyorsítók kutatói ebbe a két szűk tartományba kormányozták magukat, igen nehéz helyzetbe kerültek.

A legnehezebb ezekben a tartományokban észlelni a Higgset

Fotó: CERN

E két tartományban – ahol még felbukkanhat a „Higgs” – ugyanis a legnehezebb észrevenni e bozon nyomait. Valójában nem a Higgs-bozont látjuk közvetlenül, hanem a bomlástermékeit. Ez a bozon ugyanis – ha egyáltalán létezik -, akkor is csak hatalmas sebességű protonok ütközése után keletkezik, alig tesz meg néhány femtométert (ezt a távolságot emberi léptékkel egyszerűen ki sem lehet fejezni, annyira csekély: a méter billiomodrészének az ezredrésze egyébként) és a másodperc töredékrészéig marad meg, azonnal elbomlik különböző részecskékre. 

A bomlástermékeket viszont már tudják detektálni a fizikusok: ha elektromos töltésük van, akkor több olyan detektor is láthatja őket, amelyekben nyomot hagynak a töltött részecskék; ha nincs töltésük, azaz semlegesek, akkor viszont kaloriméterekben észlelhető a becsapódásuk. ("A kaloriméterek olyan detektorok, amelyek szendvics-szerkezetüek. Van egy elnyelö réteg (pl. ólom vagy más fém), amelyben a nagyenergiájú töltött vagy semleges részecskék egy másodlagos részecskezáport  váltanak ki. A keletkezett új, töltött részecskék a következö, átlátszó rétegben felvillanásokat okoznak, amelyek már detektálhatóak. Ezután a következö elnyelö rétegben újabb másodlagos részecskék keletkeznek a még elegendöen nagy energiájú részecskékböl, ezek ismét felvillanást okoznak a következö, átlatszó rétegben. Igy az eredeti nagy enegiás részecske nagyon sok kisenergiás, fényfelvillanást okozó részecskévé alakul, amelyeket jól lehet mérni, és megmondhatjuk az eredeti részecske energiáját.")

Lévai szerint azonban a nehézség éppen abban rejlik, hogy két nagysebességű proton ütközésekor az említett tömegtartományokban egyrészt nagyon sok lehetséges "Higgs-bomlási csatorna" jelenik meg közel azonos súllyal, másrészt nehéz lesz a Higgs bomlására utaló egyértelmű jeleket megkülönböztetni a többi - Higgset nem tartalmazó - bomlástól. Valójában a 130-150-es GeV-s tömegsávban a méréskor óriási a „zaj”, nagyon sok hasonló részecske bomlik le ebben a tartományban. Így a Higgs bomlástermékeit nehéz elkülöníteni a rengeteg adat közül. "Persze egy tűt a szénakazalban is meg lehet találni, de az már most látszik: időigényesebb feladat lesz a Higgs-bozon felfedezése, mint azt korábban reméltük" – mondta Lévai Péter.