Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Fyzikové na Tevatronu nedávno publikovali dvě zprávy týkající se pátrání po Higgsově bosonu. Nejnovější měření hmotnosti W ukazují, že Higgsův boson je lehčí než 152 GeV/c². Přímé pátrání po Higgsově bosonu ukazuje na náznaky existence Higgsova bosonu konzistentní s těmi pozorovanými na LHC.

Vědci z kolaborací CDF a D0 z Fermiho národní urychlovačové laboratoře (Fermilab) publikovali dosud nejpřesnější měření hmotnosti bosonu W. Obdobně jako foton, který zprostředkovává elektromagnetickou interakci, je boson W nositelem slabé interakce, Kolaborace CDF změřila hodnotu hmotnosti W rovnou 80387±19 MeV/c². Kolaborace D0 pak dospěla k hodnotě 80375±23 MeV/c². Tato nová měření, společně s daty z nejstaršího období provozu Tevatronu, dávají po kombinaci výsledek 80387±17 MeV/c², 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.

Toto 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, viz. přiložený obrázek.

Nové měření hmotnosti bosonu W z experimentů CDF a D0 (svislá část zeleného oválu), kombinované s měřením hmotnosti top kvarku (vodorovná část zeleného oválu), dává omezení na maximální možnou hmotnost Higgsova bosonu. Z kombinace plyne, že Higgsův boson je s 95% mírou určitosti menší než 152 GeV/c². Přímá měření povolují tuto hmotnost už pouze v úzkém intervalu 115-127 GeV/c² a nevylučují ani oblast velmi vysokých hmotností nad 600 GeV/c² (šedé oblasti).

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. Toto nové měření hmotnosti bosonu W spadá do druhé kategorie. Vědci z kolaborací CDF a D0 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 z CDF a DZero kolaborací našli v datech nadbytek případů, který může být interpretován jako signál existence Higgsova bosonu s hmotností v rozmezí 115-135 GeV/c². 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/c².

Nejedná se 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 miliónu.

Zveřejněné výsledky z Tevatronu jsou v dobrém souhlasu s výsledky experimentů na urychlovači LHC v CERN, které vymezily hmotnost Higgsova bosonu do ještě užší oblasti 115-127 GeV/c². 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. Čeští fyzikové pracují na experimentu DZero a jsou zde zastoupeny tři české instituce: Fyzikální ústav AV ČR, Matematicko-fyzikální fakulta University Karlovy a Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská Českého vysokého učení technického v Praze. Naše účast je financována Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy.