Experimenty ve Fermilabu omezují hmotu Higgsova bosonu

Teritorium, kde se může Higgsův boson nacházet, se neustále zmenšuje. Nejnovější data z experimentů CDF a DZero na urychlovači Tevatron ve Fermilabu (Fermi National Accelerator Laboratory, USA) dovolují vyloučit další část oblasti možných hmot Higgsova bosonu, která nebyla omezena předchozími experimenty. Podle starších dat by se hmota Higgsova bosonu měla nacházet mezi 114 a 185 GeV/c2. Nové CDF a DZero výsledky „ukrojily“ z této dovolené oblasti další díl; potvrdily, že se hmota nemůže nalézat mezi 160 a 170 GeV/c2. Higgsova částice je jedním ze základních kamenů standardního modelu – teoretické konstrukce popisující svět elementárních částic a interakcí mezi nimi. Podle tohoto modelu je Higgsův boson zodpovědný za to, proč některé elementární částice mají hmotu a jiné ne. Higgsova částice dosud přímé detekci unikala. Experimenty na velkém elektronovém pozitronovém urychlovači (Large Electron Positron) v evropské laboratoři CERN ukázaly, že Higgsův boson musí být těžší než 114 GeV/c2. Výpočty kvantových efektů zahrnující působení Higgsovy částice ukazují, že jeho hmota je menší než 185 GeV/c2. Detekce Higgsova bosonu je také jedním z hlavních cílů experimentů na urychlovači (Large Hadron Collider) v CERNu, který plánuje znovuuvedení do provozu koncem tohoto roku. Úspěšné nové vymezení teritoria Higgsova bosonu bylo možné díky excelentnímu provozu urychlovače Tevatron a díky neustálému vylepšování experimentálních technik v analýze dat z urychlovače. Na urychlovači Tevatron ve Fermilabu dochází během každé sekundy k 10 milionům srážek protonů s antiprotony. Standardní částicový model předpovídá, kolik Higgsových bosonů bychom měli v našem detektoru vidět za rok. Predikuje ale také, jak často uvidíme případy, které budou v detektoru Higgse imitovat. Díky neustálému zdokonalování techniky analýzy a nabíráním více a více dat se skutečný signál Higgsova bosonu, pokud existuje, dříve či později objeví. Citlivost experimentů CDF a DZero dosáhla takové úrovně, že je možné, v důsledku absence pozorovaného skutečného signálu, začít oblasti možných hmot Higgsova bosonu vylučovat. Aby se zvýšila šance na objevení Higgsova bosonu, fyzikové z obou experimentů zkombinovali výsledky svých analýz, čímž efektivně zdvojnásobili množství dat. Higgsův boson může být vyprodukován ve srážce protonu s antiprotonem několika různými způsoby. Stejně tak existuje mnoho rozpadových kanálů Higgsova bosonu. V detektorech se tak pozorují různé částice. Dosud každý z experimentů – CDF a DZero – analyzoval kolem tří inverzních femtobarnů dat (jde o jednotky, ve kterých fyzikové měří množství srážek). Očekává se, že oba experimenty budou mít do konce roku 2010 k dispozici po 10 inverzních femtobarnech dat, a to hlavně díky neustále vylepšované výkonnosti urychlovače Tevatron. Hledání Higgsova bosonu je jedním z asi 70 výsledků, které CDF a DZero představily na konferenci Electroweak Physics and Unified Theories známé jako Rencontres de Moriond ve dnech 7. – 14. března 2009. V posledním roce vyšlo o obou experimentech téměř 100 článků a vzniklo kolem 50 doktorských prací zabývajících se částicovou fyzikou při nejvyšších energiích dosažitelných v laboratoři. Na výsledcích experimentu DZero se podílejí i naši fyzikové z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky, z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze (MFF UK) a z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské Českého vysokého učení technického v Praze (FJFI ČVUT). Andrea Cejnarová