Úmrtie britského fyzika Petra Higgsa
S poľutovaním sme prijali informáciu o úmrtí fyzika P. Higgsa, ktorého objav Higgsovho bozónu posunul hranice poznania ľudstva. Na experimentoch ATLAS vedúcich k potvrdeniu Higgsovho bozónu sa významnou mierou podieľala aj Bratislavská skupina jadrových fyzikov pod vedením prof. Stanislava Tokára.
Od: Stanislav Tokár
Navždy nás opustil britský fyzik Peter Higgs (* 29.5.1929, † 8.4.2024), ktorý sa významným spôsobom zapísal do dejín fyziky. Po ňom je pomenovaná jedna z fundamentálnych častíc Štandardného modelu - Higgsov bozón. Štandardný model je koncepcii, ktorá dominuje vo fyzike elementárnych častíc a Higgsov bozón hrá v tejto koncepcii kľúčovú úlohu. Higgsove pole, kvantom ktorého je Higgsov bozón, má tú zvláštnosť, že má nenulovú strednú vákuovú hodnotu. Prakticky to znamená, že vákuum nie je "ničota" ale Higgsov kondenzát. Predstavujeme si to tak, že keď rozpínajúci sa ranný vesmír ochladol na asi 1015 K (teplota 100 milión-krát väčšia ako v strede Slnka), tak Higgsove bozóny skondenzovali a zaplnili vákuum. A je to práve interakcia časticových polí s týmto kondenzátom, vďaka ktorej častice nadobúdajú hmotnosť. Tento mechanizmus sa nazýva Higgsov mechanizmus alebo tiež Broutov-Englertov-Higgsov mechanizmus, lebo Francois Brout a Robert Englert ho objavili nezávisle na Higgsovi (na tomto objave sa tiež podieľali aj T. Kibble, C. Hagen a G. Guralnik). Nenulová hmotnosť častíc je základným predpokladom toho, aby sa vytvoril materiálny svet, ktorý nás obklopuje. To je zároveň dôvod prečo mnohí nazývajú Higgsov bozón božskou časticou.
Objav Higgsovho bozónu, ktorý bol ohlásený LHC experimentmi ATLAS a CMS v r. 2012, parí medzi najvýznamnejšie objavy fyziky. Bez tohto objavu by Štandardný model elementárnych častíc bol len akýmsi efektívnym modelom. Objav Higgsovho bozónu dal Štandardnému modelu pevný fundament. Z experimentálneho hľadiska je Higgsov bozón jednoznačne potvrdený a jeho vlastnosti sú vo vynikajúcej zhode s čakávaniami Štandardného modelu. Na druhej strane, Higgsov bozón zavádza do Štandardného modelu nekalibračnú interakciu, teda inú interakciu než sú interakcie sprostredkované fotónmi, W a Z bozónmi či gluónmi. Tento fakt, napriek doterajšej vynikajúcej zhode experimentu s teóriou, vyvoláva otázky, ktoré znamenajú, že Higgsov bozón neprestáva byť zaujímavým objektom štúdia. Otázky typu: "Je interakcia zavedená Higgsovym bozónom fundamentálnou interakciou alebo len akousi "obálovou" efektívnou interakciou?". „Je Higgsov bozón fundamentálnou časticou Štandardného modelu alebo je to kompozit ? Odpovede na tieto otázky môžeme dostať len priamym experimentálnym štúdiom tzv. väzbových konštánt Hisgsovho bozónu na top kvark a iné častice Štandardného modelu ako aj štúdiom parametrov Higgsovho potenciálu, ktoré popisujú samointerakciu Higgsovho poľa.
Je potešujúce, že Univerzita Komenského sa prostredníctvom našej fakulty (Fakulta matematiky, fyziky a informatiky) podieľa na výskume realizovanom experimentom ATLAS. Priamo sme sa nepodieľali na analýzach procesov s Higgsovymi bozónmi, avšak prispeli sme k objavu Higgsovho bozónu na experimentálnej úrovni našimi aktivitami v rámci hadrónového kalorimetra TileCal, kde sme zodpovední za kvalitu dát. Navyše ako tzv. „reading institute“ sme komentovali mnohé drafty článkov kolaborácie ATLAS týkajúce sa Higgsovho bozónu. Je treba ešte dodať, že nielen štúdie procesov s Higgsovymi bozónmi sú predmetom záujmu experimentov na LHC. Experimenty LHC (ATLAS, CMS, ALICE a LHCb) intenzívne hľadajú prejavy fyziky za Štandardným modelom v procesoch top kvarkovej fyziky, fyziky B-hadrónov, fyziky jetov či v elektro-slabej produkcii W a Z bozónov. Zaoberajú sa aj štúdiom fázového prechodu od „normálnej“ baryónovej formy látky do jej kvarkovo-gluónovej formy. V rámci ATLASu sa zaoberáme hlavne top-kvarkovými procesmi - top kvark je najťažšia fundamentálna častica Štandardného modelu s najsilnejšou väzbou na Higgsov bozón. V rámci ALICE skúmame prejavy kvarkovo-gluónovej formy látky v produkcii podivných častíc. Naša fakulta sa okrem toho podieľa aj na mimo-LHC experimentoch: na NA62 študujeme zriedkavé rozpady kaónov a v rámci platformy ISOLDE sa zaoberáme jadrovými procesmi.