Comunicatul de Presă al CERN – Centrul European de Cercetări Nucleare de la Geneva – cu ocazia celei de a 10-a aniversări a descoperirii unei noi particule elementare, bozonul Higgs, de către Colaborările ATLAS și CMS în urma experimentelor efectuate folosind LHC – Large Hadron Collider, cel mai puternic accelerator de particule construit vreodată.
Simpozionul aniversar din data de 4 iulie 2022 va fi transmis în direct și este accesibil la adresa:
https://home.cern/events/anniversary-discovery-higgs-boson
Cum spunea în 2013 Fernando Quevedo, Directorul ICTP, Centrul Internațional de Fizică Teoretică de la Trieste, vorbim despre „una dintre descoperirile științifice majore din ultimele decenii … Acesta a fost un mare triumf pentru știință și ar putea marca un punct de cotitură în înțelegerea noastră cea mai elementară a naturii și a universului timpuriu.” Se poate deci spune că, dupa ce CERN fusese practic prima instituție cu adevărat europeană, evenimentul de acum 10 ani oferă „un prim exemplu de diplomație științifică internațională eficientă”, iar CERN a permis „construirea bazelor științei europene după al Doilea Război Mondial prin reunirea foștilor adversari, (ilustrând) importanța științei și a instituțiilor internaționale de cercetare în unirea națiunilor pentru a urmări un singur obiectiv nobil.”
Trebuie adăugat că, începând din 17 septembrie 2016, România este Stat Membru CERN iar lnstitutul nostru, prin Departamentul Fizica Particulelor Elementare – Clusterul ATLAS din România, face parte din echipa internațională de cercetători care a făcut posibilă descoperirea Higgs-ului și decernarea Premiului Nobel pentru fizică profesorilor Peter Higgs și Francois Englert, doi dintre cei care, in 1964, au prezis existența particulei pe care o aniversăm.
Dr. Nicolae Mărginean
IFIN-HH Măgurele
* * * * *
COMUNICAT DE PRESĂ CERN
Bozonul Higgs, zece ani de la descoperirea sa
Descoperirea epocală a bozonului Higgs care a avut loc exact în urmă cu zece ani la acceleratorul Large Hadron Collider și progresele înregistrare de atunci în determinarea proprietăților acestuia, au permis fizicienilor să înainteze cu pași uriași în înțelegerea universului.
Autor: Ana Lopes
ECO editare/semnare: Ana Godinho și Anaïs Rassat
Aprobări primite: Comitetul științific consultativ (Michelangelo Mangano, Michael Doser și Gianluigi Arduini), Joachim Mnich, purtătorii de cuvânt ai ATLAS și CMS
În urmă cu zece ani, pe 4 iulie 2012, colaborările ATLAS și CMS de la Large Hadron Collider (LHC) au anunțat descoperirea unei noi particule cu caracteristici compatibile cu cele ale bozonului Higgs prezise de Modelul Standard al fizicii particulelor. Descoperirea a fost un reper major în istoria științei și a captat atenția lumii. Un an mai târziu, François Englert și Peter Higgs au câștigat Premiul Nobel pentru Fizică pentru predicția făcută împreună cu regretatul Robert Brout cu zeci de ani mai devreme (1964), privind existența unui nou câmp fundamental, cunoscut acum sub numele de câmpul Higgs, care este răspândit în întregul univers, se manifestă sub forma bozonului Higgs și dă masă particulelor elementare.
„Descoperirea bozonului Higgs a fost o monumentală piatră de hotar în fizica particulelor. A marcat atât sfârșitul unei lungi perioade de explorare de câteva decenii cât și începutul unei noi ere dedicate studierii acestei particule foarte speciale”, spune Fabiola Gianotti, directorul general al CERN și liderul de proiect („purtătorul de cuvânt”) al experimentului ATLAS la momentul descoperirii. „Îmi amintesc cu emoție ziua anunțului, o zi de bucurie imensă pentru întreaga comunitate internațională a fizicii particulelor și pentru toți oamenii care au lucrat neobosit de-a lungul deceniilor pentru a face posibilă această descoperire.”
În doar zece ani, fizicienii au făcut pași uriași înainte în înțelegerea universului: confirmarea foarte rapidă că particula descoperită în 2012 este într-adevăr bozonul Higgs a permis cercetătorilor să înceapă să elaboreze o explicație a modului în care prezența pretutindeni în univers a câmpul Higgs a fost stabilită la o zecime de miliardime de secundă după Big Bang.
Prima călătorie
Noua particulă descoperită de colaborările internaționale ATLAS și CMS în 2012 semăna foarte mult cu bozonul Higgs prezis de Modelul Standard. Dar era acesta de fapt acea particulă mult căutată? De îndată ce descoperirea a fost făcută, ATLAS și CMS și-au propus să investigheze în detaliu dacă proprietățile particulei pe care o descoperiseră se potriveau cu adevărat cu cele prezise de Modelul Standard. Folosind datele de la dezintegrarea noii particule în doi fotoni, purtătorii forței electromagnetice, experimentele au demonstrat că noua particulă nu are moment unghiular intrinsec sau spin cuantic – exact ca bozonul Higgs prezis de Modelul Standard. În schimb, toate celelalte particule elementare cunoscute au spin: particulele care constituie materia, cum ar fi cuarcii u și d care formează protonii și neutronii, și particulele care mijlocesc interacțiile, cum ar fi bozonii W și Z.
Observând bozonii Higgs produși prin fuziunea bozonilor vectoriali și dezintegrarea lor în perechi de bozoni W sau Z, ATLAS și CMS au confirmat că aceștia își dobândesc masa prin interacțiunile lor cu câmpul Higgs, așa cum este prezis de Modelul Standard. Tăria acestor interacțiuni explică raza scurtă a forței slabe, forță care dă naștere unei forme de radioactivitate și care inițiază reacția de fuziune nucleară, sursa de energie din Soare.
Experimentele au demonstrat că și cuarcul t, cuarcul b și leptonul 𝜏 – aceștia fiind cei mai grei fermioni – își obțin masa din interacțiunile lor cu câmpul Higgs, din nou așa cum este prezis de Modelul Standard. Acest lucru s-a dovedit experimental observând, în cazul cuarcului t, producerea bozonul Higgs împreună cu o pereche de cuarci t, iar în cazul cuarcului b și a leptonului 𝜏, dezintegrarea bozonului Higgs în perechi de quarci b și, respectiv, de leptoni 𝜏. Aceste observații au confirmat existența cuplajului dintre bozonul Higgs și câmpurile asociate leptonilor sau cuarcilor fără masă, numit cuplaj Yukawa (sau interacție Yukawa); acest cuplaj face parte din Modelul Standard și este diferit de celelalte cuplaje ale Modelului Standard deoarece este mediat de bozonul Higgs, iar tăria sa nu este cuantificată, adică nu conține multipli ai unei anumite unități elementare.
Măsurătorile ATLAS și CMS au stabilit că masa bozonului Higgs este 125.10 de miliarde de electronvolți (GeV), cu o impresionantă precizie de ±0.14 GeV. Masa bozonului Higgs este o constantă fundamentală a naturii a cărei valoare nu este prezisă de Modelul Standard. Mai mult, împreună cu masa celei mai grele particule elementare cunoscute, cuarcul t, și alți parametri, masa bozonului Higgs poate determina stabilitatea vidului cosmic.
Acestea sunt doar câteva dintre rezultatele concrete după zece ani de explorare a bozonului Higgs la cel mai mare și cel mai puternic accelerator din lume – singurul loc din lume unde această particulă unică poate fi produsă și studiată în detaliu.
„Eșantioanele mari de date furnizate de LHC, performanța excepțională a detectorilor ATLAS și CMS și noile metode de analiză a datelor au permis ambelor colaborări să extindă capacitatea de măsurare a proprietăților bozonului Higgs dincolo de ceea ce se credea posibil atunci când au fost concepute experimentele”, spune Andreas Hoecker, purtătorul de cuvânt al experimentului ATLAS.
În plus, de când LHC a început să ciocnească protoni la energii record în 2010 și datorită sensibilității și preciziei fără precedent a celor patru experimente principale, colaborările LHC au descoperit peste 60 de particule cu structură internă (compozite) prezise de Modelul Standard, unele dintre acestea fiind exotice deoarece sunt formate din 4 cuarci (tetracuarci) și din 5 cuarci (pentacuarci). De asemenea, experimentele au dezvăluit o serie de indicii interesante privind posibile abateri de la predicțiile Modelului Standard care necesită investigații suplimentare și au studiat în detalii fără precedent plasma cuarc-gluonică, plasmă care a umplut universul în primele momente ale existenței sale. Au fost observate și multe procese cu particule rare, s-au efectuat măsurători din ce în ce mai precise ale fenomenelor Modelului Standard și au fost deschise noi teritorii în căutarea unor noi particule care nu sunt prezise de Modelul Standard, inclusiv cele care pot alcătui materia întunecată, materie care reprezintă cea mai mare parte a masei universului.
Rezultatele acestor căutări adaugă capitole importante la înțelegerea fizicii fundamentale. „Descoperirile din fizica particulelor nu trebuie să însemne doar particule noi”, spune directorul pentru cercetare și calcul al CERN, Joachim Mnich.
„Rezultatele obținute pe parcursul unui deceniu de funcționare a acceleratorului LHC ne-au permis să lărgim considerabil amploarea căutărilor noastre, stabilind astfel limite severe asupra posibilelor extinderi ale Modelului Standard, și să dezvoltăm noi metode de căutare și de analiză a datelor.”
În mod remarcabil, toate rezultatele LHC obținute până acum se bazează pe doar 5% din cantitatea totală de date pe care o va furniza acceleratorul pe durata sa de funcționare. „Cu acest „mic” eșantion, LHC a permis avansarea cu pași mari în înțelegerea particulelor elementare și a interacțiilor lor”, spune teoreticianul Michelangelo Mangano de la CERN. „Și, deși toate rezultatele obținute până acum sunt în concordanță cu Modelul Standard, există încă mult loc pentru fenomene noi dincolo de ceea ce este prezis de această teorie.”
„Bozonul Higgs însuși poate indica noi fenomene, inclusiv unele care ar putea fi responsabile pentru existența materiei întunecate din univers”, spune purtătorul de cuvânt al CMS, Luca Malgeri. „ATLAS și CMS efectuează foarte multe studii care investighează toate formele de procese neașteptate care implică bozonul Higgs.”
Călătoria care încă ne mai așteaptă
Ce a mai rămas de învățat despre câmpul Higgs și bozonul Higgs după zece ani? Mult. Câmpul Higgs dă masă și fermionilor mai ușori sau ar putea fi în joc un alt mecanism? Este bozonul Higgs o particulă elementară sau are structură internă? Poate interacționa cu materia întunecată pentru a dezvălui natura acestei forme misterioase de materie? Cum se generează masa bozonului Higgs și auto-interacția lui? Are cumva gemeni sau rude?
Găsirea răspunsurilor la aceste întrebări interesante și la altele, nu numai că ne va îmbunătăți înțelegerea universului la dimensiuni sale foarte mici, dar poate ajuta și la dezvăluirea unora dintre cele mai mari mistere ale universului în ansamblu, cum ar fi modul în care a ajuns să fie așa cum este și care ar putea fi soarta sa finală. Auto- interacția bozonului Higgs, în special, ar putea deține cheile pentru o mai bună înțelegere a dezechilibrului dintre materie și antimaterie și a stabilității vidului din univers.
În timp ce răspunsurile la unele dintre aceste întrebări ar putea fi oferite de datele din cea de-a treia perioadă de achiziție de date care va începe în curând la LHC (RUN 3) sau de la modernizarea majoră a acceleratorului, LHC-ul de înaltă luminozitate a cărui funcționare va începe în 2029, se consideră că, deoarece răspunsurile la alte enigme nu sunt la îndemâna LHC, este nevoie o viitoare „fabrică de Higgs”. Din acest motiv, CERN și partenerii săi internaționali investighează fezabilitatea tehnică și financiară a construirii unui nou accelerator mult mai mare și mai puternic, Future Circular Collider, răspunzând astfel recomandării făcute de cea mai recentă actualizare a Strategiei Europene pentru Fizica Particulelor.
„Acceleratorii de înaltă energie rămân cel mai puternic microscop de care dispunem pentru a explora natura la cele mai mici dimensiuni posibile și pentru a descoperi legile fundamentale care guvernează universul”, spune Gian Giudice, șeful departamentului de teorie al CERN. „În plus, tehnologia acceleratorilor aduce beneficii extraordinare pentru societate.”
Din punct de vedere istoric, acceleratorul, detectorul și tehnologiile de calcul asociate cu acceleratorii de înaltă energie au avut un impact pozitiv major asupra societății, cu invenții precum World Wide Web, dezvoltarea detectorului care a condus la scanerul PET (Tomografie cu emisie de pozitroni) și proiectarea acceleratorilor pentru terapia hadronică în tratamentul cancerelor. Mai mult, proiectarea, construcția și operarea acceleratorilor precum și experimentele de fizica particulelor au contribuit semnificativ la formarea de noi generații de oameni de știință și profesioniști din alte domenii, într- un model unic de colaborare internațională.
RADOR 1 iulie
