Objavljeni su novi rezultati istraživanja koje bi nam moglo pomoći u boljem razumijevanju jednog od temeljnih problema fizike – zašto materija ima masu, prenosi Live Science.
Otkriće je objavljeno na konferenciji Velikog hadronskog sudarača (LHC), a postignuto je pomoću dva pokusa, toroidalnim LHC aparatom, znanim i kao Atlas, te Kompaktnim mionskim solenoidom (CMS).
Potraga za Higgsovim bozonom i porijeklom mase ima duboku povijest. Nakon gotovo 50 godina potrage fizičari Peter Higgs i Francois Englert su 2012. godine pronašli bozon, za što su 2013. dobili Nobelovu nagradu.
>>>Znanstvena magija: Fizičari pokušavaju pretvoriti svjetlo u materiju
Najteža poznata subatomska čestica je vršni kvark otkriven 1995. godine, a dosad je poznato njih šest. Dva su stabilna i nalaze se u središtu protona i neutrona, dok su preostala četiri nestabilna i stvaraju se samo u velikim akceleratorima čestica. Jedan vršni kvark ima masu usporedivu s atomom volframa.
U posljednjem istraživanju znanstvenici su opisali niz sudara u kojem je par vršne kvark materije/antimaterije stvoren istovremeno s Higgsovim bozonom. Sudari su omogućili znanstvenicima direktno mjerenje interakcije snage između Higgsovog bozona i vršnih kvarkova. Budući da je interakcija čestice s Higgsovog polja ono što čestici daje masu, a s obzirom na to da je vršni kvark najmasovnija temeljna subatomska čestica, Higgsov bozon najjaču interakciju ostvaruje s vršnim kvarkom. Prema tome, interakcije ove vrste idealno su okruženje u kojemu se mogu provesti detaljne studije o porijeklu mase.
Prije je bilo nemoguće izravno mjeriti snagu interakcije vršnog kvarka i Higgsovog bozona. Higgsov bozon ima masu od 125 GeV, dok vršni kvark ima masu od 172 GeV, te je iz tog razloga nemoguće da Higgov bozon nestane unutar para vršnog kvarka/antikvarka.
>>>Znanstvenici u potrazi za davno nestalom antimaterijom
Umjesto toga, vršni par kvarkova stvorio je i jednu od dvije čestice koje emitira Higgsov bozon. Svaki vršni kvark raspada se na tri čestice, a Higgsov bozon se raspada na dva dijela.
Osim toga, ova vrsta interakcije veoma je rijetka. Znanstvenici su promatrali kvadrilijun parova protona kako bi identificirali tek nekoliko sudara koja pokazuju potrebna svojstva.
Najveća tajna moderne fizike
Dosad je Higgsova teorija objašnjavala masu čestica, međutim odsad može biti prikazana u standardnom modelu. Higgsovo polje daje masu temeljnim subatomskim česticama, što uključuje i sam Higgsov bozon. Međutim, bozon se zbog kvantnih mehaničkih učinaka privremeno pretvara u druge subatomske čestice, uključujući i vršni kvark. Dok je bozon u transformiranom stanju privremena čestica može komunicirati s Higgsovog polja i time posredno promijeniti masu bozona. Kada se ti učinci uzmu u obzir, predviđena i izmjerena masa Higgsovog bozona je različita, što je jedna od najvećih tajni moderne fizike.
>>>Najsnažniji svjetski laser nehotice stvorio ‘molekularnu crnu rupu’
Iako ovo otkriće uključuje samo mali broj sudara u kojem su stvoreni vršni kvarkovi i Higgsov bozon, u budućnosti će biti moguće proučavati taj proces s mnogo većom preciznošću. LHC radi izniman posao, no do kraja ove godine isporučit će tek 3 posto podataka koje se očekuje da će isporučiti. Na kraju 2018. LHC će prestati s radom na dvije godine zbog nadogradnje. Nakon što će 2021. biti ponovno pušten u pogon do 2030. će prikupiti 30 posto više podataka no što će biti prikupljeno do kraja ove godine.
Teško je predvidjeti što će se još pronaći, no s količinom prikupljenih podataka u budućnosti će znanstvenici moći otkriti dosad neotkriveni fenomen što će pak zahtijevati pisanje novih znanstvenih udžbenika. Iako nije još sigurno, očigledno je da će ovo otkriće pripremiti put za bolje razumijevanje porijekla mase.