Mokslo ir technologijų pasaulis

Mokslininkai, dirbantys su paties galingiausio pasaulyje „atomų daužytuvo“ - Didžiojo hadronų greitintuvo (LHC) jutikliu ATLAS, paskelbė apie pirmuosius ženklus, jog stebėtas procesas, kuriuo galima patikrinti mechanizmą, pagal kurį neseniai atrastieji Higgso bozonai suteikia masę kitoms fundamentaliosioms dalelėms.

Šis procesas, retesnis nei Higgso dalelių generavimas – dviejų to paties krūvio dalelių, vadinamų W bozonais, išsisklaidymas – taip pat yra dar vienas dalelių fizikos Standartinio modelio patikrinimas. Kol kas mokslininkų atradimai puikiai dera su standartiniu modeliu, o tyrimo rezultatus publikavimui visai neseniai priėmė recenzuojamas leidinys „Physical Review Letters“.

„Toks procesas nutinka tik viename iš maždaug 100 trilijonų protonų susidūrimų“, - sakė JAV Energetikos departamento Brukheiveno nacionalinės laboratorijos fizikas Marcas-André Pleieris, vadovavęs ATLAS komandos rezultatų analizei.

Mokslininkų gyvenimą apsunkina dar ir tai, kad vieno tokio įvykio stebėjimas nėra pakankamas. „Reikia stebėti daugelį procesų siekiant nustatyti, ar jų įvykio tikimybė atitinka prognozes. Peržvelgėme milijardus protono-protono susidūrimų LHC greitintuve ieškodami šio proceso požymių – skilimo produktų, kurie mums, tarsi Šerlokui Holmsui, leistų įžvelgti, kas įvyko susidūrimo metu“, - sakė M-A. Pleieris.

Duomenų analizė buvo pradėta dar prieš dvejus metus, ją vykdė Brukheiveno, Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos, Mičigano valstijos universiteto (visi JAV) ir Drezdeno technikos universiteto (Vokietija) mokslininkai. Preliminarius rezultatus grupės vadovas 2014 metų kovą pristatė konferencijoje „Rencontres de Moriond – QCD and High Energy Interactions“. O dabar mokslininkai oficialiai skelbia užbaigtą 34 įvykių analizę, kuri dera su Standartiniu modeliu – fizikine teorija, aprašančia visas žinomas fundamentalias daleles ir jų sąveikas.

„Standartinis modelis kol kas išlaikė visus jam mestus išbandymus, tačiau žinome, jog teorija nėra užbaigta, nes jis negali paaiškinti tamsiosios medžiagos, tamsiosios energijos ir medžiagos/antimedžiagos asimetrijos Visatoje“, - sakė M-A. Pleieris. Taigi, fizikai nepaliaujamai ieško būdų teorijai patikrinti ir atrasti, kur Standartinis modelis neatlaikys spaudimo.

„W bozonų sąveikos procesas – tai kažkas, ko iki šiol niekaip negalėjome patikrinti, nes neturėjome arba pakankamai didelės energijos, arba pakankamai didelių informacijos rinkinių, kad šį itin retą procesą galėtume tirti moksliškai – iki LHC pastatymo“, - sakė analizę vykdžiusių mokslininkų vadovas.

Dabar, apsiginklavus šūsnimi LHC duomenų, paaiškėjo, kad išmatuotas W bozonų išsisklaidymo dažnis sutampa su vyraujančio fizikinio modelio prognoze, signalo patikimumo lygmuo yra 3,6 sigma – pasak M-A. Pleierio, tai yra stiprus įrodymas. „Tikimybė, jog šie matavimai yra tik foninis mirguliavimas, yra labai maža, vos 1 iš 6000“, - sakė jis. Tačiau fizikoje įprasta, kad signalo patikimumo lygmuo turėtų būti 5 sigma – o tai reiškia, kad norint įtikinti visą fizikų bendruomenę dar reikės surinkti daugiau duomenų siekiant pašalinti kolegų nepatiklumą ir padidinti signalo patikimumą, rašoma Brukheiveno laboratorijos pranešime spaudai.

Tęsti analizę skatina ir kita priežastis. „Matuodami šį procesą galime patikrinti, ar mūsų jau atrastoji Higgso dalelė elgiasi taip, kaip mes tikimės. Yra daugybė modelių, kurie bando paaiškinti, kaip fundamentaliosios dalelės įgyja masę. Todėl W bozonų išsisklaidymo tyrimas gali būti ir galutinis Standartinio modelio patikrinimas, ir langas į „naująją fiziką“, - sakė fizikas iš Brukheiveno laboratorijos.

Norint patikrinto Higgso mechanizmą, mokslininkai lygina W bozonų išsisklaidymo proceso skilimo produktų pasiskirstymą – kaip dažnai pavyksta pastebėti tam tikrus, tam tikros energijos ir geometrinės konfigūracijos procesus.

„Tai tarsi piršto atspaudas. Mes piršto atspaudo išvaizdą prognozavome ir turime piršto atspaudą, kurį galime išmatuoti. Jei šie du piršto atspaudai sutaps, žinosime, kad Higgso bozonai atlieka savo masės generavimo darbą taip, kaip ir turėtų. O jei bus nukrypimų, žinosime, kad egzistuoja ir kažkoks kitas fizikos mechanizmas, nes vien Higgso procesas neatlieka numatyto darbo“, - sakė M-A. Pleieris.

Bet kol kas duomenys rodo, jog viskas veikia taip, kaip ir tikėtasi.

„Pirmą kartą galime atmesti tam tikrus modelius ir prognozes, kurių anksčiau atmesti negalėjome. Norint darbą užbaigti, reikia daugiau duomenų, aukštesnės energijos, gad piršto atspaudas būtų ryškesnis“, - tvirtino analizės grupės vadovas.

Sustiprėjęs LHC greitintuvas (jo energija bus padidinta nuo 8 teraelektronvoltų (TeV) iki 18 TeV) darbus atnaujins 2015 metų pavasarį. Tuomet surinktų duomenų rinkinys bus net 150 kartų didesnis už dabartinį ir suteiks galimybę į Higgso bozono veikimą pažvelgti iš arčiau.

Išsamiau panagrinėti fizikų mokslinį darbą galima čia.