Bosonul Higgs

Pe data de 14 martie 2013, specialiştii de la CERN au confirmat încă o dată, totuşi încă nedefinitiv, descoperirea bosonului Higgs.

Particula numită boson Higgs este o particulă elementară cu masa cuprinsă între 125-127 GeV/c², cu paritate +1 şi spin 0, adică este prima particulă scalară descoperită vreodată. Ea se iveşte ca o excitaţie cuantică a aşa-numitului câmp Higgs. Câmpul Higgs are patru componente, două neutre şi două cu încărcătură electrică şi e responsabil cu ruperea simetriei interacţiunii electroslabe (forţa electromagnetică unită cu forţa slabă), în aşa fel încât trei din componentele sale sunt absorbite de bosonii forţei slabe (porecliţi W şi Z), conferindu-le o masă uriaşă pentru asemenea particule, iar o altă componentă, una din cele neutre, se cuplează cu fermionii (citeşte: electroni şi pozitroni) supuşi electromagnetismului, conferindu-le şi lor masă.

Câmpul Higgs acţionează şi în ceea ce numim noi spaţiu vid, deoarece bosonul Higgs nu e dependent nici de materie, nici de forţă. El (adică zisul câmp Higgs) ar putea fi imaginat ca o energie a spaţiului pur, o energie care are ca scop transformarea în masă.

Descoperirea bosonului Higgs este vitală pentru validarea ori infirmarea Teoriei Standard, teoria care domină actualmente cosmologia. Această teorie, diferită de cea a stringurilor, vorbeşte despre un Univers omogen, cu patru dimensiuni, care a început printr-o singularitate numită Big Bang. La un moment dat, imediat după Big Bang, acest Univers incipient ar fi trebuit să se dezvolte cu o viteză mai mare decât cea a luminii, ipoteză denumită teoria inflaţionistă. Descoperirea bosonului Higgs, care certifică existenţa câmpului Higgs, adică a energiei inerente spaţiului pur, ar valida Teoria Standard şi ar deschide o uriaşă cale de cercetare în problema actuală a energiei negre (energia care accelerează fuga galaxiilor). În plus, deoarece câmpul Higgs are în inerenţa lui transformarea energiei spaţiului în materie, certificarea existenţei sale implică studierea ipotezei conform căreia actuala fugă a galaxiilor nu înseamnă o rupere a balanţei dintre gravitaţie (dependentă de masă) şi celelalte trei forţe ce guvernează Universul cunoscut. 

Să adăugăm că explicaţia valorii foarte scăzute a gravitaţiei în contextul celorlalte trei forţe cunoscute (electromagnetismul, forţa tare şi forţa slabă – aceasta se numeşte aşa doar pentru că acţionează la distanţe foarte mici şi tocmai din pricină că bosonii W şi Z primesc o masă foarte mare, de 100 de ori mai mare decât a unui atom) nu este pricepută nici astăzi.

Peter Higgs, fizicianul englez care a dat numele particulei în vogă acum, şi-a publicat lucrările în 1964. Era vorba despre un model pur teoretic, deoarece tehnologia epocii nu permitea experimentarea în domeniu. El nu a fost singurul care a scris despre atare subiect. În acelaşi an 1964 s-au publicat studii similare semnate de François Englert şi Robert Brout, de Gerald Guralnik, Carl Hagen şi Tom Kibble. Marele merit al lucrărilor lui Higgs este că a prezis anume efecte verificabile, precum masa bosonilor W şi Z. În momentul când aceştia au fost descoperiţi exact cum fuseseră prezişi teoretic, teoria a început să capete consistenţă.

Să notăm că nici măcat tehnologia actuală a CERN nu poate surprinde imaginea formării unui boson Higgs. Particula are o durată de viaţă de 1,56 x 10^-22 sec., adică se descompune prea repede pentru a fi captată. Ceea ce se observă este tocmai descompunerea. Dar bosonul Higgs nu este singurul care generează, prin descompunere, ivirea a doi bosoni W şi Z şi a doi fermioni. Numai că, în intervalul energetic din preajma valorii de 125 GeV s-au observat mai multe descompuneri de acest tip decât erau de aşteptat pe baza particulelor cunoscute.

Există şi alte tipuri de descompunere a bosonului Higgs (de pildă, în ce priveşte fermionii, într-un electron şi un pozitron). Cele care puteau fi atestate, s-au atestat.

În data de 14 martie 2013, CERN a declarat: CMS and ATLAS have compared a number of options for the spin-parity of this particle, and these all prefer no spin and positive parity. This, coupled with the measured interactions of the new particle with other particles, strongly indicates that it is a Higgs boson. (CMS şi ATLAS [principalele detectoare de particule la CERN – n.m.] au comparat un număr de posibilităţi pentru raportul spin-paritate al acestei particule, iar toate par a indica spin 0 şi paritate pozitivă [adică, +1, n.m.]. Aceasta, coroborată cu interacţiunile măsurate ale noii particule cu alte particule, ne indică ferm că ar fi vorba de un boson Higgs).

În anul 1993, Leon Lederman, câştigător al premiului Nobel pentru fizică şi director al celebrului centru Fermilab, om din poporul ales, dar cetăţean nord-american, a numit bosonul Higgs: bosonul lui Dumnezeu. Peter Higgs, care e ateu declarat, a protestat vehement, dar numele rămâne.

Radu Comănescu