Rákapcsoltak az amerikaiak a részecskeversenyre

A Chicago mellett található Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) kutatói a Chicagóban megrendezett American Association for the Advancement of Science nevű tudományos konferencián bejelentették, hogy közel vannak a Higgs-bozon felfedezéséhez – írja a BBC hírportálja. A rendezvényen az európai részecskefizikai kutatóintézet, a több tucat magyar kutatót foglalkoztató CERN szakemberei is részt vettek.

Kritikus tömeg

A Higgs-bozon nevű elemi részecske létezését névadója, a skót Peter Higgs még 1964-ben jósolta meg. Higgs azt akarta megmagyarázni, hová tűnik el a tömeg, amikor az anyag egyre kisebb atomon belüli részecskékké törik szét. Feltételezése szerint az ősrobbanás pillanatában tömeg nélküli volt az anyag, majd hirtelen tömeget nyert egy mezőnek köszönhetően. Ezt az azóta Higgs-mezőnek nevezett jelenséget a feltételezett Higgs-bozon közvetíti, ez a részecske ad tömeget a többi részecskének.

A Higgs-bozont isteni részecskének is nevezik (bár Peter Higgs és a fizikusok nagy része nem kedveli ezt az elnevezést), és a kvantumfizika szinte összes elméletébe beleillik. Mindenekelőtt a részecskefizika standard modelljéből, vagyis a négy alapvető fizikai kölcsönhatásból hármat – az elektromágneses, az erős és a gyenge kölcsönhatást – egyesítő modellből hiányzik nagyon. A részecske energiában kifejezett tömegét 114 és 250 GeV (gigaelektronvolt, a Joule-lal ekvivalens mértékegység) közé saccolják. E tartományon belül minél nehezebb a Higgs-bozon, annál könnyebben lehet ráakadni létezésének bizonyítékaira.

A Fermilab saját részecskegyorsítójában, a Tevatronban már 1987 óta próbál a Higgs-bozon nyomára akadni. Mivel a tervek szerint a Tevatron év végén leáll, a létesítmény szakemberei rákapcsoltak a kutatásokra: a hátralevő időben a lehető legtöbb részecskeütközést végzik el (az ütközésekben nagy energiakoncentrátum keletkezik, és csak ilyen extrém körülmények között van esély a Higgs-bozon felbukkanására). Az intézmény igazgatója, Pier Odonne a konferencián azt állította, hogy ha a bozon tömege csak 114 GeV körül van, akkor is 50 százalék a sansza annak, hogy a következő két évben megtalálják (az ütközések adatainak elemzése ugyanis évekig tart, de nyolc Higgs-bozon-esélyes ütközést máris találtak a kutatók). Ha pedig nehezebb tartományban található a részecske tömege, még jobbak a kilátások: 170 GeV-nél már 96 százalék az esély, és akár már idén nyáron megtörténhet a felfedezés – állította Odonne kollégája, Dimitrij Denisov, aki szerint a Tevatron remek formában van.

Két vadász, egy trófea

A CERN kutatóinak kissé kínos lenne, ha a Fermilab beelőzné őket. A CERN részecskegyorsítója, a Genf mellett található LHC (Large Hadron Collider) megépítését ugyanis főként a Higgs-bozon kutatása motiválta. És bár az LHC a világ legnagyobb teljesítményű részecskegyorsítója (a legnagyobb létrehozható energiakoncentráció benne 14 TeV, míg a Tevatronban csak 1,96 TeV), a Tevatron nagy előnye, hogy üzembiztosan működik.

Az LHC ugyanis éppen hosszú kényszerpihenőn van. A részecskegyorsító tavaly szeptemberben sikeresen beindult, és akkor több fizikus 2009 nyarára jósolta a Higgs-bozon létezésének igazolását, de néhány nap múlva egy hibás forrasztás komoly, több tízmillió eurós kárral járó üzemzavart okozott. A javítások és a biztonsági vizsgálatok időigényesek, így az LHC csak idén szeptemberben indulhat újra, az első ütközéseket októberben végzik el, az érdemi munka, a részecskevadászat pedig 2010-re tolódik.
(A leállt LHC-ből írt helyszíni riportunkat itt és itt olvashatja.)

Az LHC projektvezetője, Lyn Evans Denisov mellett ült a konferencián, amikor az ígéretes bejelentés elhangzott. Evans elismerte, könnyen lehet, hogy az amerikaiak levadásszák a CERN elől a fizika egyik legizgalmasabb trófeáját. „Versenyben vagyunk” – nyilatkozta a kutató a BBC-nek. „A Tevatron jobban működik, mint valaha képzeltem volna. Az amerikaiak megszállottként gyűjtik az adatokat, és élnek az előnnyel, amit az LHC leállása adott nekik.” Evans sok szerencsét kívánt a Fermilabnak, de optimistának nevezte Odonne 50 százalékos becslését. Végül hozzátette: „Egy éven belül visszaszállunk a versenybe, és lemossuk őket.” Kérdés, ezalatt az egy év alatt meglesz-e a Higgs-bozon.

Az ősanyag nyomában

Az LHC természetesen nem csak bozonvadászatra lesz jó, és Evans is hangsúlyozta, hogy a létesítmény detektorainál (vagyis az ütközéseket figyelő hatalmas műszerkomplexumoknál) rengeteg olyan kísérletet végeznek majd, amit a Tevatronban nem lehetne kivitelezni.

Például protonok mellett ólomatommagokat is ütköztetnek majd az LHC-ben. E kísérletek fő célja az ősanyagként is emlegetett kvark-gluon plazma megfigyelése. Ebben a plazmában a protont és a többi nagyobb részecskét alkotó elemi részecskék, a kvarkok és gluonok szabadon találhatók. A feltételezések szerint az ősrobbanás után néhány pillanatig ilyen plazma alkotta az univerzumot, majd ahogy a világegyetem hűlni kezdett, a kvarkok és gluonok összeálltak, és a plazmából "kifagytak" a nagyobb részecskék. A fizikusok azt remélik, hogy nagy energiaszinten az elemi részecskék újra szabad állapotukba kerülnek, így megfigyelhető lesz a plazma.