Hledání Higgsova bosonu – nejnovější výsledky z Tevatronu

 

Zveřejněné měření hmotnosti boson W je dosud nejpřesnější. Obdobně jako foton, který zprostředkovává elektromagnetickou interakci, je boson W nositelem slabé interakce. Kolaborace CDF změřila hodnotu hmotnosti W rovnou 80387±19 MeV/c ². Kolaborace DZero pak dospěla k hodnotě 80375±23 MeV/c ². Tato nová měření, společně s daty z nejstaršího období provozu Tevatronu, dávají po kombinaci výsledek 80387±17 MeV/c ², což odpovídá přesnosti 0,02 %. Nezávislé provedení těchto velmi přesných měření trvalo kolaboracím pět let. Oba experimenty měřily hmotnost částice šesti různými způsoby. Ty si navzájem neodporují a po kombinaci poskytují výsledek, který je dvakrát přesnější než předcházející měření. Nové měření poskytuje důležité nezávislé omezení hmotnosti Higgsova bosonu. Hmotnosti W, top kvarku a Higgsova bosonu jsou totiž spolu nerozlučně spjaty, a tak si lze přesným změřením hmotností W a top kvarku udělat obrázek o tom, jak těžký Higgsův boson může být.

 

Higgsův boson je poslední dosud neobjevenou částicí standardního modelu, což je naše současná teorie chování základních stavebních prvků vesmíru. Podle této teorie je odpovědný za hmotnosti všech ostatních elementárních částic modelu. Vědci používají dvě různé techniky při hledání Higgsova bosonu: přímou produkci Higgsových částic a přesné měření jiných částic a jejich interakcí, které by mohly být ovlivněny existencí Higgsova bosonu. Uvedené nové měření hmotnosti bosonu W spadá do druhé kategorie.

Vědci z kolaborací CDF a DZero zveřejnili také nejnovější výsledky týkající se přímého hledání Higgsova bosonu. Indikují, že otázka existence či neexistence této částice bude v brzké době vyřešena. Poté, co byla zanalyzovaná veškerá data, která urychlovač Tevatron dodal do svého uzavření v září roku 2011, vidí oba nezávislé experimenty náznaky existence Higgsova bosonu. Fyzikové našli v datech nadbytek případů, který může být interpretován jako signál existence Higgsova bosonu s hmotností v rozmezí 115–135 GeV/c ². Pravděpodobnost, že by pozorovaný nadbytek událostí v této oblasti odpovídal náhodné fluktuaci pozadí, odpovídá statistické signifikanci na úrovni 2,2 sigma. Nová data také vylučují existenci Higgsova bosonu v oblasti hmotností 147–179 GeV/c ². Nejedná se však o objev Higgsova bosonu. O objevu mluví částicoví fyzikové v případě, že statistická signifikance přesáhne úroveň 5 sigma, tj. pokud pravděpodobnost náhodné fluktuace pozadí nepřekročí mez 1 ku 3,5 milionu.

 

Zveřejněné výsledky z Tevatronu dobře korespondují s výsledky experimentů na urychlovači LHC v CERN, které vymezily hmotnost Higgsova bosonu do ještě užší oblasti 115–127 GeV/c ² _. Stejně tak jsou konzistentní s posledním prohlášením z prosince 2011, ve kterém experimenty CMS a ATLAS na LHC oznámily pozorovaný přebytek událostí v různých rozpadových kanálech. Ani jeden z výsledků, jak z Tevatronu, tak i z LHC, zatím není dostatečně signifikantní, aby bylo možno hovořit o prokázání existence Higgsova bosonu.

 

CDF je mezinárodní kolaborací 430 fyziků z 58 institucí z 15 zemí. DZero zase sdružuje 446 fyziků z 82 vědeckých institucí z 18 zemí. Financování těchto experimentů pochází z amerického Ministerstva energetiky, grantové agentury National Science Foundation a dalších mezinárodních agentur. Účast českých vědců je financována Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy.

 

Připravily: Fyzikální ústav AV ČR a Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR