Τα μποζόνια Higgs στον ορίζοντα

5-Σεπτεμβρίου-2000

Chris Tully, Αμερικανός επιστήμων, εργάζεται στον επιταχυντή LEP (Large Electron Positron) για να βρεί το σωματίδιο μποζόνιο Higgs, στο CERN της Γενεύης

"Ελπίζουμε πως ότι παρατηρούμε είναι το σωματίδιο Higgs στον ορίζοντα," συμπέρανε ο Chris Tully του Πανεπιστημίου Princeton σε μιά κατάμεστη αίθουσα ομιλιών του CERN. Εκατοντάδες φυσικοί σωματιδίων άκουσαν πως και τα τέσσερα πειράματα στο Large Electron Positron (LEP) του εργαστηρίου της Γενεύης έχουν βρει τις πρώτες νύξεις για το άπιαστο μποζόνιο Higgs στις υψηλές ενέργειες. Αυτό το σωματίδιο - που συχνά αναφέρεται σαν το "Άγιο Δισκοπότηρο" στην σωματιδιακή Φυσική - θεωρείται πως προμηθεύει τον μηχανισμό μέσω του οποίου τα σωματίδια έχουν μάζα, και είναι το τελευταίο ελλείπον κομμάτι στο καλούμενο Καθιερωμένο πρότυπο της σωματιδιακής Φυσικής.
Ο Tully και συνεργάτες του συνδύασαν τα δεδομένα από τα τέσσερα πειράματα στο LEP και βρήκαν αποδείξεις πως το  μποζόνιο Higgs έχει μιά μάζα 114.9 GeV c^-2. "Με αυτό το αποτέλεσμα, υπάρχει ακόμη μιά 6 στις 1000 περιπτώσεις να είδαμε γεγονότα του υπόβαθρου, μάλλον από το ίδιο το Higgs."

Ο επιταχυντής LEP έπρεπε να σταματήσει να λειτουργεί έως το τέλος του Σεπτεμβρίου για να λειτουργήσει ο Large Hadron Collider (LHG), ένας επιταχυντής πρωτονίου-πρωτονίου που θα φτιαχθεί στο ίδιο υπόγειο tunnel. Τώρα μπορεί να υπάρχει ένα ισχυρό επιστημονικό ενδιαφέρον για την παράταση της διάρκειας ζωής του LEP έως το Δεκέμβριο για να συλλέξουν διπλάσια ποσά δεδομένων. Σύμφωνα με τον Tully, η συνέχιση θα επιτρέψει στο team να μειώσει την πιθανότητα πως το σήμα είναι κάποιο είδος επίδρασης υπόβαθρου έως 1 στις 10 000.

Έρευνες για τα Higgs μποζόνια γίνονται και στα τέσσερα πειράματα στους ανιχνευτές -  ALEPH, DELPHI, L3, και  OPAL - για αρκετά χρόνια. Σε πρόσφατους μήνες η ενέργεια των δεσμών ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων είχε ανεβεί αργά και ο επιταχυντής λειτουργούσε στο maximum με ενέργειες των 207 GeV.

Η πιό δυνατή ένδειξη για το μποζόνιο Higgs έρχεται από το πείραμα ALEPH. Τρία "γεγονότα" βρέθηκαν που δηλώνουν ένα Higgs μποζόνιο φτιάχθηκε μαζί με ένα Z μποζόνιο, ένα ουδέτρο σωματίδιο φορέας της ηλεκτρασθενούς δύναμης. Σε αυτά τα γεγονότα, το Higgs και το Z μαζί, διασπάστηκαν γρήγορα για να σχηματίσουν quarks που προξένησε ένα πλήθος από σωματίδια στον ανιχνευτή. Ενώ τα άλλα τρία πειράματα βρήκαν λιγώτερες ενδείξεις, δεν μπορούν να αλλάξουν τα δεδομένα στο ALEPH.

Η διεθνής ερευνητική κοινότητα στο CERN θα αποφασίσει στις14 Σεπτεμβρίου 2000 εάν ο επιταχυντής θα συνεχίσει να λειτουργεί έως τον Δεκέμβριο. Οι σωματιδιακοί Φυσικοί αναμένουν με κομμένη την ανάσα.

Γιατί το Higgs πρέπει να υπάρχει

Το 1960 δύο φυσικοί o Steven Weinberg, και Abdus Salam ανακάλυψαν πως τα σωματίδια φορείς της ασθενούς δύναμης W⁺, W^- και Z μπορεί να έχουν μάζα χωρίς όμως να σπάει η βασική συμμετρία βαθμίδας της ασθενούς δύναμης. Χωρίς να εισαχθεί μιά μάζα στη θεωρία -στις εξισώσεις της- θα μπορούσε να δημιουργείται αυτόματα (αυθόρμητα) μάζα ως αποτέλεσμα κάποιων αλληλεπιδράσεων στο πεδίο των ασθενών δυνάμεων, δηλαδή μέσω της ρήξης της βασικής συμμετρίας.
Είναι γνωστό ότι επειδή το φωτόνιο (φορέας της   ηλεκτρικής δύναμης) δεν έχει μάζα, έπρεπε και τα W⁺, W^- και Z να μην έχουν για να επιτευχθεί η ενοποίηση των ασθενών με τις ηλεκτρικές.
Για να επιτευχθεί αυτό το αποτέλεσμα οι δύο Φυσικοί εισήγαγαν ένα επιπλέον κβαντικό πεδίο προς τιμήν του Peter Higgs, που πρώτος έδωσε αυτή την ιδέα. Τα κβάντα Higgs είναι μποζόνια χωρίς spin και μάζα αμφισβητούμενη. Αν είναι 'ελαφρύ' θα το δούμε στον LEP, ενω αν είναι 'βαρύ' στο SSC (Superconducting Super-Collider) των ΗΠΑ. Μέσω του Higgs ίσως αποκτούν μάζα τα W⁺, W^- και Z.

Τα πειράματα στο LEP

Ο επιταχυντής LEP με μία διάμετρο των 27 km, είναι η μεγαλύτερη μηχανή σύγκρουσης σωματιδίων στον κόσμο. Κτισμένος βαθειά κάτω στη Γη περίπου 100m, συγκρούονται σε αυτόν ηλεκτρόνια με ποζιτρόνια που περιστρέφονται σε αντίθετες διευθύνσεις με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός, στο εσωτερικό τεσσάρων τεράστιων ανιχνευτών

Τα πειράματα δοκιμάζουν τις ηλεκτρομαγνητικές και τις ασθενείς πυρηνικές αλληλεπιδράσεις με λεπτομέρεια. Κάθε ένας από τους ανιχνευτές αισιοδοξεί να μελετήσει διαφορετικά φυσικά φαινόμενα.

• Τα σωματίδια Higgs
• Έρευνες για τα σωματίδια Higgs