A CERN fizikusai tegnap bejelentették, hogy jelentősen szűkítették a Higgs-részecske lehetséges tömegtartományát. A kutatók szerint 2012-ben eldől, helytálló-e a részecskefizika standard modellje, azaz valóban létezik-e az elemi részecskék tömegéért felelős Higgs-bozon.

A részecskefizikusok jelenlegi ismeretei alapján a világegyetem, így benne az ember is, kisszámú elemi részecskéből épül fel. A részecskefizika standard modellje szerint a fizikai világ kvarkokból és leptonokból, valamint a közöttük ható erőkből áll. Még napjainkban sem ismert, hogy honnan ered ezeknek az elemi részecskéknek a tömege. A fizikusok úgy vélik, hogy az úgynevezett Higgs-térben mozogva nyernek az elemi részecskék tömeget, s abban keletkezik a Higgs-részecske is. A Higgs-tér alapvetően más sajátosságokkal bír, mint a többi fizikai jelenség: nem anyag, nem is erő, és a teret egyenletesen tölti be. A CERN óriási gyorsítójának, a Nagy Hadronütköztetőnek egyik fő célja, hogy a megjósolt részecskét kísérletileg kimutassa. Ha a fizikusoknak nem sikerül megtalálniuk a Higgs-bozont, akkor ez komoly lendületet adhat a standard modellen túlmutató fizikai elméleteknek. A Higgs-bozon kimutatására két nagy észlelőrendszer épült az LHC-ban: az ATLAS és a CMS. Az egymással versengő és egymást remekül kiegészítő két óriási, egyenként több ezer fizikus részvételével épített detektor lépésről lépésre szűkíti a Higgs-részecske lehetséges tömegtartományát. A CMS együttműködésnek Magyarország alapító tagja, a KFKI RMKI, az ATOMKI, a Debreceni Egyetem es az Eötvös Loránd Tudományegyetem kutatói és hallgatói vesznek részt benne.

     A két óriási együttműködés, a világ több tucat országából egyenként 3000 részecskefizikust magában foglaló ATLAS és CMS kísérlet a tegnap tartott szemináriumon összegezte a Nagy Hadronütköztető (LHC) 2011-ben gyűjtött adatainak első eredményeit. A CERN kutatói a tavalyinál 1000-szer több adat elemzésével jelentősen szűkítették a Higgs-részecske lehetséges tömegének tartományát: Az LHC nyárig megvizsgált adatai alapján a fizikusok 114 és 141 GeV (elektronvolt: energia-mértékegység, a részecskefizikában ebben adják meg a részecskék tömegét) között valószínűsítették. Az LHC 2011-ben messze a várakozások fölött teljesített, az eredetileg remélt adatmennyiség csaknem hatszorosát produkálta. A tegnapi napon bejelentett adatok előzetes elemzése tovább szűkítette a tömegtartományt, amelyben a Higgs-részecske előfordulhat. Ha a standard modell szerinti Higgs-bozon létezik, akkor a részecske az ATLAS detektor mérése alapján a 116-130 GeV, míg a CMS detektor mérései szerint a 115-127 GeV tömegtartományban található. A CERN kedd délutáni szemináriumán bemutatott új eredmények ígéretesnek tűnnek, viszont még mindig nem elégségesek a Higgs-részecske létének bizonyításához.

     "A Higgs-bozon legnagyobb valószínűségű tömegrégióját 116-130 GeV közé korlátoztuk, és az elmúlt hetekben érdekes eseménytöbbletet kezdtünk tapasztalni 125 GeV körüli tartományban" – ismertette eredményeiket Fabiola Gianotti az ATLAS kísérletek szóvivője. – Ez a többlet talán egy fluktuáció miatt alakult ki, de sokkal érdekesebb jelenség is állhat mögötte. A kutatás e szakaszában még korai volna bármilyen következtetést levonni. Több adatra és elemzésre van szükség."

Fabiola Gianotti az ATLAS kísérletek szóvivője, Rolf-Dieter Heuer, a CERN igazgatója és Guido Tonelli, a CMS kísérlet szóvivője

     "Nem tudjuk kizárni a standard modellbeli Higgs-bozon jelenlétét egy mérsékelt eseménytöbblet miatt 115 és 127 GeV között, ami elég következetesen, öt egymást követő, egymástól független csatornában is megjelent – nyilatkozta Guido Tonelli, a CMS kísérlet szóvivője. – Ez a többlet 124 GeV és az ez alatti tartományban leginkább a standard modellbeli Higgs-bozonnal magyarázható, de a statisztikai szignifikancia még nem elég nagy ahhoz, hogy bármilyen más konklúziót levonjunk. Amit ma látunk, az a háttéresemények véletlenszerű váltakozásával, de akár a Higgs-bozon jelenlétével is magyarázható."

A CMS detektor

     A két detektor adatainak ismeretében ma még nehéz eldönteni, hogy ebben az alacsony tömegtartományban a Higgs-bozon létezését állító vagy ellenkezőleg, az azt tagadó hipotézis a helytálló. De biztatónak tűnik, hogy mindkét független mérés talált a 125 GeV körüli régióban egy enyhe eseménytöbbletet, amely megakadályozta, hogy a Higgs-részecske létezését végleg kizárják. Bár az említett eseménytöbbletet okozhatja véletlen háttér-fluktuáció is, az eredmények azt mutatják, hogy a CERN fizikusai 2012-ben a várhatóan birtokukba kerülő nagyobb mennyiségű mérési adat segítségével pontosabban meg tudják majd határozni az okát. A CERN tegnap ismertetett eredményei alapján a Higgs-részecske utáni gigászi vadászat a végéhez közeledik. Egy éven belül eldől, hogy az anyagi világot leíró elmélet nélkülözhetetlen részecskéje, a Higgs-bozon valóban létezik-e.