Od božjega delca do temne snovi

V Evropskem centru za jedrske raziskave (Cern) so slovesno proslavili deseto obletnico odkritja manjkajočega delca v tako imenovanem standardnem modelu, teoriji, ki še najlepše opisuje osnovne gradnike tega sveta – vendar ni popolna! Pri velikem odkritju so sodelovali tudi raziskovalci z Instituta Jožef Stefan (IJS).

Higgsov bozon zaradi njegove vloge pri našem razumevanju vsega, kar nas obdaja, pogosto imenujejo božji delec. V 60. letih minulega stoletja je njegov obstoj predlagal zdaj 93-letni britanski fizik Peter Higgs, ki je po eksperimentalni potrditvi leta 2013 tudi dobil Nobelovo nagrado za fiziko (skupaj s Françoisom Englertom).

»Na odkritje Higgsovega bozona smo čakali 50 let. To je bil zadnji manjkajoči gradnik standardnega modela, teorije, ki odlično opisuje interakcije med osnovnimi delci in nastanek njihove mase. Njegovo odkritje smo težko pričakovali, saj nam razloži, od kod delcem v vesolju masa. Poleg tega nam to odkritje nakazuje smer nadaljnjih raziskav, saj pot še zdaleč ni končana,« poudarjata prof. dr. Borut Paul Kerševan in prof. dr. Marko Mikuž, oba sta profesorja na ljubljanski fakulteti za matematiko in fiziko in raziskovalca na IJS in v Cernu.

Pol stoletja iskanja delca se zdi dolga doba, vendar je v znanosti pogosto, da ideje prehitevajo tehnologijo. Higgsov bozon je sicer drugi najtežji znani osnovni delec (najtežji je vrh kvark), vendar z izjemno kratko življenjsko dobo (10 na minus 22), kar pomeni, da ga v naravi ne morejo najti, lahko pa ga ustvarijo v laboratoriju. In šele Veliki hardonski trkalnik (LHC) je bil dovolj močan.

Standardni Mode lDelcev

Današnji standardni model vsebuje 17 osnovnih delcev, ki se delijo na 12 fermionov in pet bozonov. Fermioni so delci v običajnem smislu besede: to je šest kvarkov (gor, dol, čar, čudnost, vrh in dno) ter šest leptonov (elektron, mion, tauon, elektronski nevtrino, mionski nevtrino, tauonski nevtrino). Umeritveni bozoni pa so odgovorni za posredovanje osnovnih sil med delci: foton (elektromagnetne), gluon (močne), bozona W in Z (šibke). Zadnji odkriti delec je bil Higgsov bozon, katerega odkritje so v Cernu javno objavili 4. julija 2012.

Kako do »končne« teorije vsega

»Higgsov bozon sta hkrati odkrila Cernova eksperimenta Atlas in CMS na Velikem hadronskem trkalniku (LHC). Skupina okoli ducata slovenskih znanstvenikov je bila aktivna pri eksperimentu Atlas od samih začetkov gradnje detektorja in je bila neposredno vključena v odkritje. Natančneje, sodelovali smo pri razvoju, gradnji, zagonu in upravljanju detektorja, s katerim so ga odkrili, in pri razvoju računskih orodij za simulacijo in analizo podatkov, ki so bili neposredno uporabljeni pri odkritju,« sta pojasnila sogovornika.

Da so odkrili Higgsov bozon, so v Cernu objavili 4. julija 2012. FOTO: Valentin Flauraud/AFP

Kaj je temna snov

»Gre za velike, rekli bi lahko edinstvene, dogodke v znanstveni karieri. Srečen si lahko, če v življenju doživiš tako veličasten trenutek, povezan s tako pomembnim odkritjem. Pa tudi veliko olajšanja je prisotnega, saj je bilo skozi dolgo vrsto let vloženega ogromno dela, ki se je tedaj bogato obrestovalo,« se spominjata.

Po treh letih so znova zagnali delovanje največjega in najmočnejšega trkalnika delcev na svetu. FOTO: Valentin Flauraud/AFP

Še naprej, kot pojasnjujeta slovenska raziskovalca, proučujejo lastnosti samega bozona in iščejo delce onkraj napovedi standardnega modela, v teoretskem razvoju pa se ukvarjajo z razvojem novih teorij kot nadgradenj standardnega modela. Odkritje Higgsovega bozona je namreč lepo zapolnilo vrzel v standardnem modelu, vendar ima vesolje v zalogi še precej skrivnosti. Sveti gral fizike je torej iskanje teorije vsega, ki bi, če povemo zelo poenostavljeno, povezala standardni model in splošno teorijo relativnosti, še posebej »problematična« je gravitacija, zagonetni sta temna snov in temna energija.

»Naslednji veliki cilj Cernovih eksperimentov je pojasniti izvor temne snovi v vesolju. Iz astrofizikalnih opazovanj gibanja galaksij vemo, da je v vesolju prisotna temna snov, ki je je kar petkrat več kot običajne. Temna snov je lahko sestavljena iz še neodkritih delcev, ki jih bomo morebiti prepoznali na Velikem hadronskem trkalniku ali pa v katerem od eksperimentov, načrtovanih v Cernu za prihodnja desetletja,« še pravita Kerševan in Mikuž.