International Physics Masterclasses

Higgsův boson

Higgsův boson byl poslední z částic standardního modelu, jejíž existenci zbývalo experimentálně potvrdit.V červenci 2012 ohlásily experimenty ATLAS a CMS v CERN objev nového bosonu s hmotností kolem 125 GeV a s vlastnostmi odpovídajícími této tolik očekávané částici.

Standardní model nepředpovídá, jakou má Higgsův boson hmotnost. Pro každou hodnotu hmotnosti (kterou musí stanovit experiment) ovšem jasně říká, jak často se Higgsův boson produkuje při srážkách částic a jaká je pravděpodobnost různých způsobů rozpadu na známé částice. Následující graf ukazuje, jak často se Higgsův boson o hmotnosti 125 GeV rozpadá na různé koncové stavy (známé částice) .

Takovýto Higgsův boson je velmi těžký, dokonce těžší než boson Z, se kterým jste se už seznámili, má tedy velice krátkou dobu života a urazí jen nepatrnou vzdálenost před tím, než se rozpadne. Není proto žádná šance zaznamenat ho v detektoru částic jako ATLAS přímo.

Higgsův boson může vznikat i při srážkách protonů s vysokými energiemi na LHC. ATLAS a CMS našly mimo jiné kandidáty na rozpad této částice (i) na 2 bosony Z, jež se dále rozpadly každý na pár nabitý lepton-antilepton, (ii) na 2 fotony a (iii) na 2 bosony W, jež se dále rozpadly na 2 nabité leptony a 2 neutrina. Nedávno byly pozorovány i rozpady na páry leptonů tau.

V rámci naší Varianty Z budete mít příležitost pátrat po rozpadech Higgsova bosonu typu (i) a (ii) a částečně tak zopakovat to, co museli dokázat fyzikové z experimentu ATLAS v CERN při objevu nové částice!

Částice objevená v roce 2012 je nyní běžně považována za Higgsův boson. Byly změřeny různé její vlastnosti včetně spinu a jak se ukazuje, jsou v souladu s tím, co předpovídá standardní model. Byl pozorován i rozpad Higgsova bosonu na pár leptonů tau, avšak zbývá experimentálně potvrdit rozpad na pár kvarků b.

Jak je ale možné, že „vzácné“ rozpady jako H→γγ (s pravděpodobností 0,2 %) se pozorují, zatímco ty „časté“ jako H→bb̅ (s pravděpodobností 57%) nikoli? Při takovém rozpadu totiž vzniknou 2 jety částic, které se téměř nedají rozlišit od daleko častějších „normálních“ jetů, které vznikají při nejrůznějších procesech s účastí silné interakce.

Možná, že při některém z příštích ročníků Masterclasses, až experimenty naberou více dat, budete mít příležitost takové rozpady Higgsova bosonu na nejrůznější částice studovat. Zatím hodně štěstí při vašem pátrání po Higgsově bosonu v rozpadech na ZZ nebo γγ.

Nepřipadá vám skvělé, že stejná data, jež umožnila objevit Higgsův boson, máte nyní k dispozici i vy a můžete je analyzovat?

Pokud toho chcete o Higgsově částici vědět víc, podívejte se sem. Ve standardním modelu je důsledkem Higgsova mechanismu, který „může“ za nenulové hmotnosti částic, existence Higgsova bosonu, částice se spinem 0. Právě po takové částici se v datech z LHC pátrá.