V prosinci loňského roku evropská laboratoř jaderného výzkumu CERN zveřejnila výsledky experimentů ATLAS a CMS, které naznačují existenci Higgsova bosonu s klidovou energií okolo 125 GeV (v rozmezí energií mezi 116 až 127 GeV). Přítomnost této částice lze zjistit detekcí produktů jejich rozpadů, jež mohou probíhat několika různými způsoby. Který z nich je nejpravděpodobnější, závisí na klidové hmotnosti (klidové energii) higgse. Tu ale standardní model popisující fyziku mikrosvěta, vlastnosti částic a jejich vzájemné interakce nestanovuje. Dovede však pro jistou, předem zvolenou hmotnost higgse předpovědět pravděpodobnost produkce těchto částic při daných srážkách na urychlovači i pravděpodobnosti, s jakými se rozpadne na různé jiné částice. Problémem je, že stejné částice mohou vznikat i v jiných procesech a jejich kombinace se může jevit jako produkt rozpadu higgse. Takže se vlastně projev higgse hledá jako předpokládaný přebytek nad pozadím z jiných procesů ve standardním modelu.

Podrobnějšímu popisu tohoto procesu a různým typům rozpadu Higgsova bosonu se věnují články Je, nebo není higgs potvrzen? a Jak se v roce 2011 dařilo urychlovačům LHC a Tevatron.

Zvětšit obrázek

Areál s urychlovačem Tevatron (zdroj Fermilab).

Minulý týden byly zveřejněny nové analýzy dat, které se získaly v rámci experimentů D0 a CDF v období od roku 2002 až do skončení provozu Tevatronu v loňském září. Za tu dobu se podařilo nashromáždit výsledky takového množství srážek protonů a antiprotonů, že jejich souhrnná integrální luminosita přesahuje 10 inverzních femtobarnů. Tato veličina, která popisuje množství nashromážděných srážek, je podrobně vysvětlena zde. Luminosita nabraná za devět let provozu je dvakrát větší než luminosita získaná v minulém roce při experimentech na urychlovači LHC. Tevatron měl menší energii svazku, takže produkce higgsů je nižší, zároveň však jeho experimenty byly citlivější k některým typům rozpadů této intenzivně hledané částice. Jde například o rozpad na dvojice kvarků b a anti-b, které pak vedou k produkci mezonů obsahujících tyto kvarky a jejich rozpadům. Data z Tevatronu tak vhodně doplňují výsledky z LHC.

A právě nejnovější analýza dat z experimentů D0 a CDF odhaluje přebytek případů ve stejné oblasti klidové hmotnosti higgse, jako je tomu u experimentů využívajících LHC. "Americký přebytek" dosahuje hodnotu 2,2 násobku standardní odchylky sigma vzhledem k předpovědi standardního modelu. Tedy stejně jako u evropských experimentů na LHC nepřesahuje 3 standardní odchylky, což je považováno za spodní hranici pro důkaz existence daného jevu. I nepotvrzená pozorování ohlášena experimentem CDF před téměř rokem naznačují, že jistá opatrnost je namístě. Na druhé straně je povzbuzením, že výsledky dosažené na obou výkonných urychlovačích jsou v alespoň v rámcovém vzájemném souladu. Na zpřesnění analýzy a potlačení nepřesností měření se bude pracovat i v následujících měsících.

Higgsův boson je poslední zatím nepotvrzenou částicí standardního modelu. Laboratoř CERN jeho objev vyhlásí až v okamžiku, kdy bude na úrovni pěti standardních odchylek a ve více různých rozpadech, přičemž výsledky budou vzájemně konzistentní. Je zřejmé, že v případě úspěšné činnosti rychlovače LHC se otázka existence higgse letos vyřeší. Buď se potvrdí náznaky pozorované nyní jak v CERNu, tak ve Fermilabu, nebo bude higgs ze standardního modelu vyloučen a předpoklad jeho existence bude muset nahradit úplně nová fyzika. O výsledcích bude Osel určitě informovat.

Kombinované výsledky hledání Higgsova bosonu v experimentech D0 a CDF. Na ose x je poměr zaznamenaných rozpadů higgse k tomu, co předpovídá standardní model pro pozadí, na ose y pak klidová hmotnost higgse vypočtená z energií a hybností produktů rozpadu. Plnou tlustou čárou se označuje experimentální horní limita pro existenci higgse na úrovni 95 %. Tam, kde se dostává pod hodnotu 1, je existence standardního higgse vyloučena. Přerušovaná čára ukazuje pravděpodobnost vzniku kombinace daných vyletujících částic při neexistenci higgse, zelená a žlutá vymezují koridor nejistot určení této pravděpodobnosti (zelená je jedno sigma a žlutá dvě sigma). Barevně jsou oblasti hmotností vyloučených různými dalšími experimenty.