Bosonul Higgs descoperit relativ recent la acceleratorul LHC de la CERN are o masă relativ mică; de ce? La această întrebare un nou articol răspunde arătând cum Universul nostru ar fi doar unul din multe alte Universuri; pe lângă bosonul Higgs cu masa pe care o  măsurăm, în acest model ar exista inclusiv particule care explică materia întunecată.

Modelul Standard

Modelul Standard al fizicii particulelor elementare conține toate particulele pe care le-am descoperit până în prezent: de la electroni la quarci, de la foton la bosonii W și Z. Din câte știm aceste particule nu ar fi compuse din altceva, de aceea se numesc elementare (cel puțin la ora actuală). Protonii și neutronii de exemplu, ca multe alte particule produse la acceleratoare, sunt compuși din quarci. Ultima particulă descoperită din cadrul Modelului Standard este așa-numitul boson Higgs.

Bosonul Higgs

Într-un model fizic ideal cu o simetrie (matematică) perfectă, particulele nu ar trebui să aibă masă. Ce Univers ar fi însă acela? Noi nu am exista, de exemplu! Masa particulelor a reprezentat un mister care a fost rezolvat printr-o teorie care „rupe” simetria perfectă, însă într-un mod inteligent. Această nouă teorie prevede existența unui mecanism, așa-numitul mecanism Higgs, care dă masă particulelor prin interacțiunea cu un câmp de energie. Dacă acest mecanism este valabil trebuie să existe o particulă compusă din acea pură energie: este vorba despre bosonul Higgs – care, după circa 50 de ani de căutări, a fost descoperit în 2012 de către experimentele ATLAS și CMS la acceleratorul de particule LHC la CERN (Geneva). Proprietățile acestui boson, precum masa, care are o valoare de circa 125 MeV/c2, au fost măsurate. Masa acestui boson este – ce puțin în cadrul anumitor teorii – foarte mică. Cum așa?

Masa bosonului Higgs

De ce masa bosonului Higgs are valoarea respectivă este încă un mister; au fost propuse mai multe modele și teorii – însă nu știm dacă una dintre acestea este cea corectă. Recent, într-un nou articol publicat în Phys Rev Letters, autorii unei noi teorii arată cum masa bosonului Higgs este așa de mică doar în Universul nostru. Au existat multe Universuri care aveau valori diferite pentru masa bosonului Higgs: acelea cu masă mare, au colapsat rapid (Big Crunch); au supraviețuit doar Universurile – printre care și al nostru – care aveau o masă a bosonului Higgs relativ mică.

Un bonus: materia întunecată

Nouă teorie prevede inclusiv existența unor noi particule care ar putea reprezenta materia întunecată. Aceste noi particule apar atunci când se încearcă să se „repare” o problemă din fizica actuală: faptul că interacțiunea nucleară puternică (cea între quarci) nu rupe simetria așa-numită CP. Pentru a face astfel încât această simetrie CP (simetrie față de procesele care au loc „în oglindă” cu antimaterie în loc de materie) să se mențină este nevoie de un mecanism care în cadrul noii teorii produce aceste noi particule în plus față de cele existente în Modelul Standard actual. Acestea ar putea reprezenta materia întunecată.

Cum putem verifica?

Evident nu este singurul model sau teorie care încearcă să rezolve problemele din fizica actuală și să calculeze masa bosonului Higgs. Modelul acesta însă – așa cum susțin și autorii – poate să fie verificat experimental (cel puțin asta este speranța autorilor) întrucât prevede o serie de fenomene – precum existența unui moment electric de dipol al neutronului – care pot fi măsurate în viitoarele experimente. Aceste noi experimente de mare precizie ne-ar putea da informații despre o nouă teorie dincolo de Modelul Standard; un candidat la acest gen de teorii este cea despre care v-am relatat – cea care pornește de la idea mai multor Universuri la început. Al nostru a supraviețuit tocmai pentru că masa bosonului Higgs era așa de mică!

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe