Σύμφωνα με νέο μοντέλο το μποζόνιο Higgs μπορεί να διαχωριστεί σε σωμάτια σκοτεινής ύλης

Οι φυσικοί περιγράφουν τα μικρότερα συστατικά της φύσης, τα στοιχειώδη σωμάτια και τις δυνάμεις που δρουν μεταξύ τους, χρησιμοποιώντας ένα σύνολο θεωριών, γνωστές ως Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model). Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1970 και σημείωσε μεγάλη επιτυχία, ειδικά στην πρόβλεψη της ύπαρξης σωματίων που δεν είχαν ανακαλυφθεί. Στις τελευταίες δεκαετίες, οι σωματιδιακοί φυσικοί έχουν ανακαλύψει στους επιταχυντές σωματίων τους, το ένα μετά το άλλο τα σωμάτια που είχαν προβλεφθεί στο Standard Model. Το τελευταίο της σειράς ήταν το σωμάτιο Higgs, η ύπαρξη του οποίου επιβεβαιώθηκε το 2012 από τους επιστήμονες στον επιταχυντή σωματίων του CERN, τον Large Hadron Collider (LHC). Αυτή η ανακάλυψη συμπλήρωσε το Standard Model.

Το πρόβλημα είναι ότι υπάρχουν διάφορα πράγματα που το Standard Model, δεν είναι σε θέση να εξηγήσει, για παράδειγμα την σκοτεινή ύλη, η οποία αποτελεί ένα μεγάλο μέρος του σύμπαντος. Έτσι μεγάλος αριθμός φυσικών εργάζονται προς την κατεύθυνση να αναπτύξουν ένα νέο, περισσότερο ολοκληρωμένο, μοντέλο. Ένας από αυτούς είναι ο Christoffer Petersson, ο οποίος διεξάγει έρευνα στη θεωρητική φυσική σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Chalmers στη Σουηδία και στο Ελεύθερο Πανεπιστήμιο στο Βέλγιο. Μαζί με δυο συναδέλφους του έχει προτείνει ένα σωματιδιακό μοντέλο βασισμένο σε ότι είναι γνωστό ως υπερσυμμετρία.

Το μοντέλο αυτό περιέχει περισσότερα στοιχειώδη σωμάτια από ότι το Standard Model, των σωματίων της σκοτεινής ύλης συμπεριλαμβανομένων. Επιπροσθέτως το μοντέλο δίνει στο σωμάτιο Higgs διαφορετικές ιδιότητες από ότι προβλέπει το Standard Model. Το μοντέλο προτείνει ότι το σωμάτιο Higgs μπορεί να διασπαστεί σε ένα φωτόνιο και σωμάτια της σκοτεινής ύλης. Ωστόσο, αυτές οι ιδιότητες είναι αρκετά δύσκολο να ανακαλυφθούν και θα πρέπει να ψάξει κάποιος ειδικά για αυτές για να έχει την ευκαιρία να τις ανακαλύψει.

Ένα σωμάτιο Higgs διασπάται σε τέσσερα μιόνια (οι τέσσερις κόκκινες γραμμές). Σύμφωνα με το μοντέλο του Christoffer Petersson, το σωμάτιο Higgs μπορεί επίσης να διασπαστεί σε ένα φωτόνιο και σωμάτια σκοτεινής ύλης. Picture: CERN

Αλλά ο Christoffer Petersson είναι τυχερός. Το μοντέλο του έχει βρει ανταπόκριση στο CERN. Δυο ανεξάρτητα πειραματικά εργαστήρια, το ATLAS και το CMS, στον LHC, τώρα ψάχνουν για τις πολύ ειδικές ιδιότητες του σωμάτιου Higgs που προβλέπει το μοντέλο του. Αν οι ιδιότητες υπάρχουν θα είναι μια σαφής ένδειξη ότι το μοντέλο ταιριάζει. «Είναι ένα όνειρο για ένα θεωρητικό στη σωματιδιακή φυσική. Ο LHC είναι το μόνο μέρος στο οποίο μπορεί να ελεγχθεί το μοντέλο. Είναι ακόμη ωραιότερο ότι δυο ανεξάρτητα πειράματα πρόκειται να το κάνουν», είπε ο Christoffer Petersson.

Στις πρώτες μελέτες ο όγκος των δεδομένων ήταν δυστυχώς τόσο μικρός για να είναι δυνατόν το μοντέλο του Petersson να γίνει αποδεκτό ή να απορριφθεί. «Αλλά είμαστε σε πλήρη δράση με νέες αναλύσεις στις οποίες ελέγχουμε το μοντέλο του με άλλους τρόπους και με περισσότερα δεδομένα. Συγχαίρουμε τον Christoffer Petersson για την ενδιαφέρουσα εργασία που έκανε», είπε η Zeynep Demiragli, του πειράματος CMS του CERN.

Μετά από ένα χρονικό διάστημα που έμεινε κλειστός για αναβάθμιση, ο LHC θα αρχίσει και πάλι να λειτουργεί την άνοιξη του 2015. Με υψηλότερες ενέργειες στον επιταχυντή, τα πειράματα θα συγκεντρώσουν τελικά επαρκή δεδομένα για να αξιολογήσουν την ορθότητα του μοντέλου του Petersson. Είναι λογικό η αναμονή των αποτελεσμάτων να συνοδεύεται με ανησυχία. Πόσο μάλλον για αυτόν που πρότεινε το μοντέλο. «Αν το μοντέλο βρεθεί ότι ταιριάζει, θα μπορούσε να αλλάξει τελείως την αντίληψή μας για τους δομικούς δομικούς λίθους της φύσης. Αν όχι, και μόνο το γεγονός ότι υπήρξε η θέληση να δοκιμαστεί το μοντέλο μου στο CERN, είναι κάτι πολύ μεγάλο», δήλωσε ο Petersson.

Πηγή: Chalmers University of Technology

Περισσότερα για την πρόταση του Petersson στο άρθρο: Higgs decay with monophoton + MET signature from low scale supersymmetry breaking, Journal of High Energy Physics (με πληρωμή) και στο arXiv.org (δωρεάν)

Για τις πρώτες μελέτες στο πείραμα ATLAS και στο πείραμα CMS, αντίστοιχα στις παρακάτω διευθύνσεις: http://cds.cern.ch/record/1988425/files/ATLAS-CONF-2015-001 (ATLAS) και https://cds.cern.ch/record/1983181/files/HIG-14-024-pas (CMS)