Cele mai noi ştiri din fizica particulelor, revelate la marea cofererinţă bianuală Lepton-Photon
Cele mai noi ştiri din fizica particulelor, revelate la marea cofererinţă bianuală Lepton-Photon
Scris de Adrian Buzatu pe 23 August 2009 (Duminică). Ultima actualizare pe 23 August 2009 (Duminică)
Doar ce s-a încheiat cea mai mare conferinţă a anului în fizica particulelor. Revista Nature a realizat sinteze foarte frumoase a celor mai importante rezultate din fizica particulelor publicate acolo, inclusiv cele mai recente veşti din căutarea bosonului Higgs, particula care dă masă materiei, sau despre lansarea acceleratorului Large Hadron Collider în toamna acestui an, dar şi ce planuri de viitor există pentru domeniul fizicii particulelor.
Cele mai noi progrese din fizica particulelor, prezentate la cea mai mare conferinţă a anului de fizica particulelor, conferinţa Lepton Photon, care a avut loc săptămâna care se încheie acum la laboratorul DESY din Hamburg, Germania.
Large Hadron Collider
Cel mai recent plan pentru cea mai complexă maşinărie ştiinţifică construită vreodată de umanitate este ca acceleratorul LHC să aibă primele fascicule de protoni la jumătatea lunii noiembrie, în decembrie să aibă loc primele coliziuni de particule, dar acestea să fie doar la jumătate din energia de design. Chiar şi aşa, energia ar fi de trei ori mai mare decât la acceleratorul Tevatron de la Fermilab, care este în prezent şi a fost în ultimele două decenii, cel mai energetic accelerator de particule din lume. Acceleratorul LHC va funcţiona apoi până la jumătatea anului 2010, când va fi oprit pentru a i se aduce noi îmbunătăţiri. Chiar şi aşa, înseamnă că acceleratorul va funcţiona de-a lungul întregii ierni, când curentul electric este cel mai scump în Elveţia, unde este găzduit acceleratorul.
De obicei, acceleratorul ar fi oprit iarna, tocmai din motivul preţului curentului electric. Dar acum este o situaţie delicată, specială, căci în ultimul an de zile acceleratorul a fost oprit, când lumea se aştepta să meargă. Şi există studenţi la masterat şi la doctorat care nu îşi pot termina studiile tocmai pentru că nu au date experimentale ale căror rezultate să le prezinte în lucrările lor de masterat sau doctorat. Tocmai de aceea a pornit acceleratorul, deşi la jumătate de energie dorită, măcar să creeze date experimentale şi să înceapă validarea detectoarelor.
Se aşteaptă foarte multe lucruri de la acceleratorul LHC, inclusiv descoperirea bosonului Higgs, sau descoperirea naturii materiei întunecate, sau misterul dispariţiei antimateriei din Univers, sau chiar dacă există cumva dimensiuni suplimentare ale spaţiului, sau alte forţe şi particule fundamentale în Univers.
Vânătoarea bosonului Higgs
Ultimul element încă neverificat experimental şi prezis de teoria actuală a fizicii particulelor şi interacţiilor dintre ele, adică cea mai precisă teorie construită vreodată de umanitate şi care descrie cărămizile din care este contruită materia din jurul nostru şi legile fundamentale ale Universului, este ... bosonul Higgs. Mai precis, mecanismul Higgs, adică o teorie care "cârpeşte" Modelul Standard pentru a explica de ce particulele elementare precum electronul nu au o masă zero. Căci dacă aşa ar fi, atunci electronul ar zbura prin Univers cu viteza luminii, aşa cum o face fotonul, particula de lumină, care are masă zero, şi atunci nicidecum nu ar sta captiv în jurul unui nucleu. Prim urmare, atomii nu ar exista şi atunci, evident, nici lumea din jurul nostru, inclusiv noi înşine. Ne datorăm aşadar existenţa faptului că electronul şi alte particule asemenea lui au o masă diferită de zero.
Dar cum se explică aceasta? Oamenii de ştiinţă au construit un model teoretic, denumit mecanismul Higgs. Dar dacă este adevărat sau nu, nu putem şti până când o altă predicţie a mecanismului teoretic este confirmată experimental. Ori această predicţie este tocmai această nouă particulă fundamentală, denumită particula Higgs sau bosonul Higgs. Încă din 1964 a fost prezisă particula, adică încă de acum 45 de ani. De atunci oamenii de ştiinţă o caută neîncetat, dar "microscopul" cu care priveau, deşi devenea din ce în ce mai puternic, nu avea suficientă rezoluţie. "Microscopul" cu care sunt privite particule fundamentale, aceste cărămizi de bază ale materiei, este reprezentat tocmai de acceleratoarele din fizica particulelor, care ciocnesc particule elementare. Cu cât energia coliziunii este mai mare, cu atât "microscopul" poate vedea lucruri mai mici, sau crea particule noi cu masă mai mare.
Aşa arată un grafic tipic care face sinteza căutării bosonului Higgs. Când linia neagră de sus va tăia linia neagră orizontă de la 1, atunci "microscopul" are suficientă precizie pentru a vedea experimental bosonul Higgs. Până atunci însă, pe măsură ce tehnicile experimentale se perfecţionează şi noi date experimentale sunt adunate, atunci linia neagră coboară tot mai jos. Observaţi pe experimentală mai multe valori. Este vorba de posibile mase ale bosonului Higgs, adică de un posibil "teritoriu" unde acesta poate fi găsit. Pentru diferite valori ale masei, vedem că linia neagră este mai sus sau mai jos. Cu alte cuvinte, este mai greu de găsit la masă mică, dar mai uşor de găsit la o masă de mijloc, pe acest grafic. Dar mai e ceva: mai e şi o linie punctată. Aceasta arată unde ne-am aştepta noi să fie bosonul Higgs. Cea plină este apoi ce vede de fapt. Suprafaţa verde ne arată unde ne-am aştepta să fie bosonul Higgs cu o precizie de două treiemi, iar cea galbenă cu o precizie de 95%. Ori vedem că la masă mică, probabilitatea de vedea bosonul Higgs deviază uşor de la valoarea aşteptată, iar aceasta este un semnal să fim atenţi mai departe, dar nu trebuie să ne entuziasmăm că ar fi un boson Higgs încă. Cam acesta este ultimul grafic de la experimentul CDF de la acceleratorul Tevatron de la Fermilab, rezultat ce cuprinde, între munca a câteva zeci de oameni, şi munca de doctorat a subsemnatului.
De aceea, abia aceste cele mai energetice acceleratoare de particule din lume, acceleratorul Tevatron de la laboratorul american Fermilab şi acceleratorul Large Hadron Collider de la laboratorul european CERN au o şansă reală de a descoperi bosonul Higgs. Între ele există o competiţie prietenoasă pentru a descoperii primii misterioasa particulă. Deocamdată, cum acceleratorul LHC nu a fost încă lansat, doar acceleratorul Tevatron merge uşor uşor spre bosonul Higgs, excluzând încă un "teritoriu" nou unde particula s-ar putea afla. Dar dacă Tevatronul este cumva ca şi broscuţa din legenda antică, care merge încet şi sigur, LHC-ul este precum iepuraşul, care pleacă târziu, dar şi cînd pleacă, merge foarte repede şi poate descoperi bosonul Higgs relativ repede şi sigur.
Cum se va termina cursa dintre broscuţa şi iepuraş rămâne de văzut în urmtorii ani. Dar ce este fascinant este că până în cinci ani de zile, vom ştii sigur dacă bosonul Higgs există sau nu, adică în sfârşit se va răspunde la această întrebare veche de 45 de ani. Dacă se confirmă existenta lui, atunci teoria actuală este confirmată experimental în totalitate, dar dacă nu, tot în totalitate întregul ei eşafod se prăbuşeşte, în ciuda a tot ceea ce explică corect deja. Atunci teoreticienii vor trebui să revină la tablă şi la calculator pentru a construi o nouă teorie, care, cine ştie, ne va duce poate şi mai aproape de adevăr.
Articol scris pentru www.StiintaAzi.ro de Adrian Buzatu, doctorand în fizica particulelor la experimentul CDF de la acceleratorul Tevatron de la Fermilab, unde este unul din cei câţiva studenţi români care participă la vânătoarea bosonului Higgs. Sunteţi invitaţi să citiţi şi despre alte progrese din fizica particulelor prezentate la conferinţa Lepton-Photon care a avut loc săptămâna trecută la laboratorul german DESY de lângă Hamburg la acest link de la revista Nature.
