Kako je “uhvaćena” Higsova čestica? [08.10.2013]

Kako je detektovana Higsova čestica?

Credits: George Retseck (ilustracije), CMS / CERN (posmatranja)

Danas je Nobelov komitet saopštio da su do dobitnici ovogodišnje Nobelove nagrade za fiziku Piter Higs i Franso Angler. Njih dvojica dobili su ovu prestižnu nagradu za teorijski model mehanizma prema kome čestice dobijaju masu. Ovaj mehanizam, kasnije nazvan Higsov mehanizam, predložen je 1964. godine a eksperimentalna potvrda stigla je mnogo kasnije – jula 2012. godine.

Da bi potvrdili model koji su predložili Angler i Higs fizičari su morali da detektuju česticu koja je nazvana Higsovu bozon. Ova Higsova čestica živi vrlo kratko i teško je uhvatljiva. Za njeno hvatanje bila je potrobna ogromna i složena “mašina” – akcelerator LHC i detektori ATLAS i CMS. Jula 2012. godine kolaboracije ATLAS i CMS eksperimenta objavili su rezultate koji su potvrdili da je tražena čestica “uhvaćena”.

Tokom 2011. i 2012. godine u ova dva detektora svake sekunde odigravalo se 500 miliona proton-proton sudara. U nekima od ovih sudara nastajale su Higsove čestice, koje su živele kratko i brzo se raspadale. Detektori ATLAS i CMS konstrisani su tako da mogu da uhvate čestice koje nastanu nakon raspada Higsove čestice. Današnja Slika dana donosi četiri karakteristična načina (kanala) po kojima se raspada Higsova čestica (gore) i kako svaki od ovih raspada izgleda u detektoru.

Fotoni (Photons)

U svakom detektoru nalazi se veliki broj kalorimetara, uređaja koji mere energiju čestica. Unutrašnji kalorimetri namenjeni su za detekciju fotona. Ovi kalorimetri apsorbuju fotone i generišu slab električni signal. Ako se Higsova čestica raspadne na dva fotona detektori mogu da izmere njihovu ukupnu energiju sa visokom tačnošću, što omogućava precizno određivanje mase novonađene čestice.

Z bozoni (Z Bosons)

Higsova čestica može da se raspadne na dva Z bozon, od kojih se svaki može raspasti na elektron i antielektron ili dva miona. Unutrašnji “trekeri” i kalorimetri mere i zaustavljaju elektrone, dok mioni prolaze ostavljajući odgovarajuće tragove. Jako magnetno polje savija putanju elektrona i miona i na taj način omogućavaju precizna merenja njihove energije a time i mase Higsove čestice.

Kvarkovi dno (Bottom Quarks)

Higsova čestica raspada se na kvark dno i njegov antikvark. Nastali kvark i antikvark raspada se na “mlaz” sekundarnih čestica koje se nazivaju hadroni (složene čestice koje se sastoje od kvarkova). Nastali hadroni proleću kroz unutrašnje slojeve detektora i oslobađajući energiju spoljnjim kalorimetrima. Nažalost, u mnogim standardnim sudarim takođe nastaju mlazevi hadrona koje je teško razlikovati od onih nastalih od Higsove čestice.

W bozoni (W Bosons)

Higsova čestica raspada se i na dva W vozona, od kojih se svaki može raspasti na elektron i antielektron ili mion, plus neutrino ili antineutrino. Neutrine je gotovo nemoguće detektovati, pošto proleću kroz detektore kao da ovi ne postoje odnoseći deo energije. Istraživači njihovo postojanje utvrđuju na osnovu energije koja nedostaje, ali ova energija sprečava tačno određivanje mase Higsove čestice.