Próby dostrzeżenia i zmierzenia właściwości bozonu Higgsa są niezwykle trudne. Cząstka ta bowiem pojawia się zaledwie na ułamek sekundy w zderzeniach ultraszybkich protonów w akceleratorach cząstek. Niemal natychmiast po pojawieniu się, bozon Higgsa rozpada się natychmiast na lżejsze cząstki.
Takie zdarzenie pozwala jednak prześledzić cały proces wstecz i oszacować masę tej jednej z najważniejszych, a zarazem najciekawszych cząstek opisanych w Modelu Standardowym. Im więcej takich pomiarów się wykona, tym oszacowania będą precyzyjniejsze. Po przeliczeniu wprost olbrzymiej liczby zderzeń protonów wewnątrz Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC), fizycy opublikowali właśnie pracę, w której podają najbardziej — jak dotąd — precyzyjną wartość masy bozonu Higgsa.
Czytaj także: Wiemy, na co rozpada się bozon Higgsa. Fizycy właśnie tego się spodziewali
Nowe szacunki bazują na pomiarach wykonywanych na przestrzeni ostatnich czterech lat. W tym czasie w akceleratorze cząstek wygenerowano około dziewięciu milionów bozonów Higgsa. Jak jednak zauważają naukowcy, eksperymentalnie zarejestrowano jedynie niewielki ułamek z nich. Mimo tego to, co się udało zaobserwować, wystarczyło fizykom pracującym w ramach eksperymentu ATLAS do uzyskania najdokładniejszej jak dotąd wartości masy bozonu Higgsa.
Bozon Higgsa jest niezwykle trudną do zaobserwowania cząstką. Jakby nie patrzeć powstaje on niejako z pola kwantowego wypełniającego cały wszechświat i to on bezpośrednio nadaje innym cząstkom fundamentalnym ich masę. Z tego też powodu, o ile masę wszystkich innych cząstek elementarnych można wywnioskować z teorię, o tyle poszukiwanie masy samego bozonu Higgsa to szukanie igły w stogu siana. Z drugiej jednak strony wiedza o masie bozonu Higgsa jest dla fizyków niezwykle cenna, bowiem to ona pozwala lepiej poznać interakcje zachodzące między wszystkimi cząstkami ujętymi w Modelu Standardowym.
Wyniki pomiarów stanowią zaskoczenie dla naukowców. Okazuje się bowiem, że bozon Higgsa jest niemal trzykrotnie lżejszy, niż przewidują modele teoretyczne. Różnic między tymi wartościami jak na razie nie udało się wyjaśnić.
W toku przeprowadzania analizy wyników pomiarów wykonywanych w LHC fizycy połączyli ze sobą kilka pomiarów masy bozonu Higgsa z precyzyjnymi danymi kalibracyjnymi. W efekcie udało się ustalić masę cząstki na 125,11 GeV +/- 0,11 GeV. Jest to jak dotąd najbardziej precyzyjna wartość masy bozonu Higgsa. Dokładność w tym przypadku wynosi 0,09 proc. podstawowej wartości.
Czytaj także: Bozon Higgsa odkrywa kolejne tajemnice
Warto tutaj zwrócić uwagę na fakt, że szacunki opublikowane przez naukowców obarczone są mniejszą niepewnością statystyczną i systematyczną. Dotychczasowa niepewność pozostawała spore pole do interpretacji danych. Teraz teoretycznie mamy do czynienia z bardziej wiarygodną wartością tego parametru. Niezależnie od tego jednak należy pamiętać, że także i w tym przypadku istnieje możliwość wystąpienia błędów pomiarowych. Co więcej, badacze wskazują, że dokładniejsza masa bozonu Higgsa sama w sobie nie umożliwiła fizykom ustalić jego właściwości.
Trudności w pomiarach masy bozonu Higgsa jest jednak więcej. Jak wskazują autorzy opracowania, bozon Higgsa tak naprawdę nie pojawia się za każdym razem z tą samą masą, a bardziej charakteryzuje się pewnym rozrzutem możliwych mas. Zaledwie rok temu w toku badań fizycy spróbowali określić właśnie zakres tych mas dokładniej, niż kiedykolwiek wcześniej. Gra jest warta świeczki, bowiem przed naukowcami dopiero próba znalezienia odpowiedzi na pytania o to, czy bozon Higgs jest jeden, czy też istnieją jego różne wersje. W dalszej perspektywie natomiast naukowcy chcą sprawdzić, czy cząstka ta nie ma czegoś wspólnego z ciemną materią, która od lat wymyka się wszelkim eksperymentom naukowym.
