1.0 Uvod Higgsov bozon ili Higgsova čestica je elementarna čestica u Standardnom Modelu kvantne fizike. Dozvoljava naučnicima da istraže Higgsovo poljefundamentalno polje koje je prvo predpostavljeno da postoji u 1!"tim godinama# za razliku od vi$e poznatog elektromagnetskog polja koji ne može biti %%uga$en%%# ali zato zauzima konstantnu vrijednost od nule nul e skoro svugdje.&risutnost ovog polja# sada i potvr'eno# obja$njava za$to neke fundamentalne čestice imaju masu iako simetrije koje kontoli$u nji(ovo me'udjelovanje od nji( traže da budu bez mase# i jo$ odovara neke druge zagonetke iz fizike# kao $to je razlog za$to slaba sila ima toliko manji domet nego elektromagnetska sila. Higgsov bozon je dobio ime po &eteru Higgsu# jedan od $est fizičara koji su# u 1!).# predložili me(anizam koji je nagovje$tavao postojanje ovakvi( čestica. *prkos prisutnosti svugdje# Higgsovo polje je jako te$ko potvrditi. Može biti detektovano pomo+u naelektrisanja# ali ti se jako te$ko proizvode proi zvode i detektuju. ,ažnost ovi( fundamentali( pitanja dovelo je jednog )"-togodi$njeg istraživanja# i kontrsukcije jednog od najskuplji( kompleksa eksperimentalni( objekata na sviejtu# /0-ovo %%arge Hadron ollider%%# kako bi mogli observirati i izučavati Higgsove bozone. 0a ). 2uli 3"13# otkri+e nove čestice sa masom izme'u 134 i 135 6e,7c3 je najavljeno# fizika je predpostavila da je to bio Higgsov bozon. Do marta 3"18.# dokazano je da se čestica pona$a# komunicira i propada na toliko načina koji su predvi'eni od strane Standardnog Modela# i bilo je potvr'eno da je pozitivni paritet imao spin jednak "# dva fundamentalna atributa Higgsovog bozona. 9vo se činilo prvom elementarnom skalarnom česticom otkrivenom u prirodi. ,i$e informacija treba da bi se odredilo da li ova otkrivena čestica tačno odgovara predikcijama Standardnog Modela# ili je# kao $to je predvi'eno u nekim teorijama# postojala vi$e Higgsovi( bozona. :ako se Higgsovo ime asocira sa ovom teorijom# mnogi istraživači izme'u 1!". : 153. godine# su individualno razvili različite fragmente njega. * svakodnevnim medijima Higgsov bozon je često nazivan %%;ožjom česticom%%. * decembru 3"18.# dva prvobitna istraživača# &eter Higgs i
1
* Standardnom Modelu# Higgsove čestica je bozon bez spina# elektronskog naboja ili promjene boje. 2ako je nestabilan# raspadaju+i se u druge čestice# skoro pa odma(. =o je kvantno preno$enje energije od jednog od četiri komponente Higgsovog polja. Sadrži skalarno polje# sa dvije nutralne i dvije elekrično-nabojene komponente i formira kompleksni dublet slabog isospin S*>3? simetrije. &olje ima %%meksički $e$ir%% oblikovan potencijalnim nabojima koji su jednaki nuli# koji u vakuumskom stanju razbija slabu isospin simetriju od elektroslabi( interakcija. @ada se ovo desi# tri komponente Higgsovog polja su apsorbirane od strane S*>3? i *>1? bozona.# kako bi postale uzdužne komponente od sada masivni( A i B bozona slabe sile. &reostala električnoneutralna komponenta odvojeno pari druge čestice poznate kao fermione# $to prouzrokuje te da stiču masu. 0eke verzije ove teorije predvi'aju vi$e od jedne vrste Higgsovog polja i bozona. Clternativni %%Higgseless%% modeli smatraju smatraju da Higgsov bozon nije nikada otkriven.
2
* Standardnom Modelu# Higgsove čestica je bozon bez spina# elektronskog naboja ili promjene boje. 2ako je nestabilan# raspadaju+i se u druge čestice# skoro pa odma(. =o je kvantno preno$enje energije od jednog od četiri komponente Higgsovog polja. Sadrži skalarno polje# sa dvije nutralne i dvije elekrično-nabojene komponente i formira kompleksni dublet slabog isospin S*>3? simetrije. &olje ima %%meksički $e$ir%% oblikovan potencijalnim nabojima koji su jednaki nuli# koji u vakuumskom stanju razbija slabu isospin simetriju od elektroslabi( interakcija. @ada se ovo desi# tri komponente Higgsovog polja su apsorbirane od strane S*>3? i *>1? bozona.# kako bi postale uzdužne komponente od sada masivni( A i B bozona slabe sile. &reostala električnoneutralna komponenta odvojeno pari druge čestice poznate kao fermione# $to prouzrokuje te da stiču masu. 0eke verzije ove teorije predvi'aju vi$e od jedne vrste Higgsovog polja i bozona. Clternativni %%Higgseless%% modeli smatraju smatraju da Higgsov bozon nije nikada otkriven.
2
2.Elementarne čestice 2.1 Povijesni razvitak pojma elementarne čestice :deja :deja o najsitn najsitnijim ijim## ned nedjelj jeljivim ivim djeli+im djeli+imaa materij materije# e# koji predsta predstavlja vljaju ju fundamentalne blokove od koji( je izgra'en univerzum# datira jo$ iz 4. vijeka prije nove ere. 6rčki filozofi Demokrit i eukip su svojom pretpostavkom# pretpostavko m# da je materija gra'ena od nepropadljivi( čestica# osnovali novo filozofsko učenje nazv na zvano ano atom atomiza izam m >atom >atomon on## grč. grč. %%ne %%nedje djelji ljiv% v%%% ?. 9v 9voo uč učen enje je su po podr drža žava vali li islamski i indijski filozofi kao $to su Cl 6(azali# :bn sina# @anada# Dignaga i D(armakirti. =i počeci su se temeljili samo na filozofskom mi$ljenju# bez eksperimentalni( dokaza. =eorija o atomima se nije značajno razvijala do 1"8. godine kada je 2o(n Dalton na osnovu eksperimenata predložio svoje principe atomske teorije. ;itan doka do kazz o po posto stoja janju nju atom atomaa je 1 1"4 "4.. god godin inee pruž pružio io Albert Einstein# kada je broEnovo kretanje >(aotično kretanje sitni( čestica u nekoj tečnosti? tumačio kao posljedicu stalnog sudaranja atoma i čestica pra$ine. 111. godine britanski fizičar Ernest Rutherord je napravio napravi o značajno otkri+e koje +e promjeniti na$a s(vatanja o stvarnom sastavu materije. /ut(erford je slao pozitivne čestice kroz zlatnu foliju# iza i pored koje je postavio detektore. ,e+ina čestica je pro$lo kroz foliju# ali znatan broj je skrenuo putanju# a neke su se čak i odbile. &rimjetiv$i to na detek detektor toru# u# /u /ut(e t(erf rford ord je zaklj zaključi učioo da po posto stoje je te$k te$ka# a# po pozit zitivn ivnaa jezg jezgra ra u atomima koja su nazvana protoni. 0edugo nakon toga otkriven je neutron kao i dvije vrste interakcija F jaka i slaba. slaba. /azvoje /azvojem m te(nolog te(nologije# ije# fizičari fizičari su# 4"-i( 4"-i( god godina# ina# efikasn efikasnoo proučav proučavali ali unuta un utarnj rnjuu struk struktur turuu česti čestica ca pomo+ pomo+uu akceleratora# ure' ure'aj ajaa ko koji ji stva stvara raju ju visokoenergetske snopove čestica čijim usmjeravanjem dolazi do sudaranja# odnosno raspr$ivanja čestica na jednostavnije komponente. Do 15". godine otkriv otkriven enoo je nek nekol oliko iko stotin stotinaa suba subatom tomar arni( ni( česti čestica# ca# $to $to je bilo bilo (a (aot otičn ičnoo i besmisleno za fizičare. 9vaj novootkriveni subatomarni svijet je zbog svoje razn raznol olik ikos osti ti i broj broja# a# do dobi bioo na nadi dima makk %%zo %%zool olo$ o$ki ki vrt vrt čest čestic ica% a%%.%. 0a po poče četk tkuu istr istraž aživ ivan anja ja## na nauč učni nici ci su smat smatra rali li da otkr otkriv ivaj ajuu elem elemen enta tarn rnee čest čestic ice# e# ali ali pove+avanjem broja novootkriveni( čestica fizičari fizičar i su počeli sumnjati u nji(ovu elementarnost.
Elementarne čestice defini$emo kao čestice koje nemaju unutarnju gra'u# odnosno one koje se ne mogu razložiti na jednostavnije# elementarnije# čestice. 3
:spostavilo se da ve+ina otkriveni( čestica imaju unutarnju gra'u# uglavnom od kvarkova >kvarkovima +u se detaljnije posvetiti?# pa su se elementarne svele na samo desetak.
4
2.2 Podjela elementarnih čestica Podjela elementarnih čestica prema masi grč. leptos F laga(an? 3. "ezone >grč. mezos F srednji? 8. #arione >grč. baros F težak? ,remenom je ovakav način klasifikacije ukazao na nekoliko gre$aka# za(tijevaju+i time novu# jasniju podjelu.
Podjela elementarnih čestica prema me$udjelovanja 9va podjela se bazira na dvije grupe čestica# gdje jedna grupa učestvuje u jakoj sili a druga ne. S(odno tome postoje leptoni i hadroni. eptoni su čestice koje ne učestvuju u jakoj interakciji sa spinom od . * ovu grupu spada ! elementarni( čestica. =abela 1. eptoni
0aziv čestice
Simbol
lektrični naboj >
Masa >Me,?
e =1.602 × 1
,rijeme života
Spin
lektron
−¿
e
¿
".411
-1e
173
22
¿ 2 ∙ 10
god =aon
−¿ ¿
15)
-1e
( 4,6 1,9 ) ∙ 10−
1"4.5
-1e
2,197 ∙ 10
173
)! e,
"
I
173
τ Mion
−¿
μ lektronski neutrino
¿
ve
5
−6
173
1 2
=aonski neutrino
v τ
34"
"
I
173
Mionski neutrino
v μ
".43
"
J
173
Hadroni su složene čestice koje me'udjeluju jakom silom i koje su sačinjene od kvarkova . 9ni predstavljaju najteže čestice u subatomarnom svijetu. Hadroni se dijele na mezone i barione. Mezoni su čestice cjelobrojnog spina >"#1#3...?# a grade i( kvark-antikvark parovi. 0ajpoznatiji mezon je pion koji ima važnu ulogu u održavanju cjelovitosti jezgre u atomu. =abela 3. Mezoni 0aziv čestice
Simbol
Sastav
lektrični naboj
Masa >Me,?
±
K- mezon >pion?
π
0
π
ud
±1 e "e
18#! 184
±
K @- mezon >kaon?
0
K S 0
K L η L- mezon
2,6 ∙ 10
us ds ds
±1 e "e "e
)8#5 )5#5 )5#5
−8
0,83 ∙ 10
"
−8
0,9 ∙ 10
−10
5,2 ∙ 10
−8
"
0
±
ρ
0
0
− 18
"e "e
0 '
N- mezon
4)# 4
10
"# 1# 3...
J −24
ud uu dd
1e "e
55" 55"
4,4 ∙ 10
−24
4,4 ∙ 10
O- mezon
ω
uu# dd
"e
53
0,8 ∙ 10
P- mezon
P
ss
"e
1"3"
20 ∙ 10
D D- mezon
Spin
−10
1,2 ∙ 10
η
ρ
,rijeme života >s?
D
±
D S
−23
1 1
−13
±
0
−22
1
cd cu cs
±1 e "e ±1
6
e
10,6 ∙ 10 1!#) 1!)#! 1!
4,2 ∙ 10
−13
−13
4,7 ∙ 10
1
J ψ -
J ψ
cc
"e
8"!#
0,8 ∙ 10
−20
1
mezon
;- mezon
B
±
B
0
0
Bs Q- mezon
Q
bu db sb
bb
±1
"e "e
"e
7
1,5 ∙ 10 e
435 435 485"
1,5 ∙ 10
−12
−12
"
J )!"#)
1,3 ∙ 10
−20
1
;arioni su čestice# koje za razliku od mezona imaju polovičan spin >173# 378# 873...?. 0ji( grade tri kvarka koji razmjenjivaju gluone stvaraju+i tako stabilnu vezu. * barione spadaju protoni# neutroni i niz drugi( čestica. =abela 8. ;arioni 0aziv čestice
Simbol
&roton >nukleon?
p
0eutron >nukleon?
n
0
λ
-
Sastav
lektrični naboj
,rijeme života >s?
Masa >Me,?
32
uud
R1e
10
8#8
Spin
go
173
d
λ
0
ddu
"e
8#!
uds
"e
114#!
3411
173 −10
2,63 ∙ 10
173
(iperon +¿ ¿
Σ T- (iperon
−¿
Σ
¿
Σ
0
6,8 ∙ 10
uus dds uds
R1e -1e "e
11#) 115#8 113#4
1,5 ∙ 10
uuu uud ddd udd
R1e R1e -1e "e
1383
0,6 ∙ 10
−10
−10
173
− 20
6 ∙ 10
++ ¿ ¿
Δ
+¿
Δ
¿
U- (iperon −¿ ¿
Δ Δ
Ξ
−1
0
dss uss
-1e "e
1831 1814
sss
-1e
1!53
udc
R1e
331
−¿
Ω
¿
+¿
X- (iperon
1,64 ∙ 10
¿
V- (iperon
W- (iperon
873
0
−¿
Ξ
− 23
¿
λ c
8
−10
2,9 ∙ 10
−10
0,82 ∙ 10 −13
2 ∙ 10
173
873 173
Podjela elementarnih čestica prema spinu Spin je kvantnome(anički fenomen koji predstavlja ugaoni impuls čestice. 9va osobina# koju posjeduju čestice# je kvantizirana tj. može poprimiti samo odre'ene vrijednosti koje se označavaju brojevima >"#173#378...?. &rema spinu čestice se mogu podijeliti na ermione i bozone. nrico 173# 873# 473...? spin i koje po$tivaju &aulijev princip isključenja. &o principu isključenja dva identična fermiona ne mogu zauzimati istovremeno isto kvantno stanje# odnosno ne mogu imati iste vrijednosti svi( kvantni( brojeva. S(odno tome u fermione ubrajamo leptone# kvarkove i barione. ;ozoni su čestice koje imaju cjelobrojan spin >"# 1# 3...?. * bozone spadaju prenosnici sila >baždarni bozoni? i mezoni.
2.% #a&darni bozoni #a&darni bozoni su čestice koje prenose odre'enu silu# $to znači da sve prirodne sile imaju posebne čestice koje su nosioci osobina tog me'udjelovanja.
koji( svaki može imati najmanje 3 boje. @olor naboj ili boja je svojstvo gluona i kvarkova koje ima važnu ulogu u jakoj nuklearnoj sili. Banimljiva karakteristika je $to se kvarkovi vi$e udaljavaju jedni od drugi(# nuklerna sila postaje jača. A i B bozoni su prenosnici slabe nuklearne sile. A bozon može biti pozitivnog ili negativnog naboja dok je B bozon neutralan. ,ikoni >zajednički naziv? su "-" puta masivniji od protona. A bozon mijenja vrstu kvarkova dok B bozon učestvuje u procesu neutralnog toka.
2.' (varkovi @varkovi su subatomarne čestice koje grade protone# neutrone i druge složene čestice >(adrone# mezone# barione..?. 9ni predstavljaju fundamentalne blokove materije. Model kvarka su predložili 1!). godine američki fizičari "urra) *ell+"an i *eor,e -ei,. =ime su (tjeli objasniti unutarnju strukturu (adrona znaju+i da su (adroni kompozitne čestice. 0ji(ov model sadržavao je tri vrste kvarkova dok je danas poznato ! vrstaG donji >d?# gornji >u?# $armantni >c?# strani >s?# dubinski >b? i povr$inski >t?. @varkovi spadaju u fermione $to znači da imaju spin od 173. 0aboj kvarkova je polovičan# a može biti 378 ili 178 $to zavisi od vrste kvarka. @varkovi u# t i c imaju R378 elementarnog naboja# dok d# b i s imaju naboj od -178e. Mase pojedini( kvarkova se drastično razlikuju od drugi(. * i d kvarkovi imaju najmanju masu u pore'enju sa ostalim kvarkovima $to i( čini najstabilnijim me'u njima. = kvark je daleko najmasivniji. 0jegova masa je približna masi atoma zlata.
10
Slika 1. Mase pojedini( kvarkova predstavljene radi upore'ivanja u loptama proporcionalnog volumena. * donjem lijevom uglu su prikazani proton i elektron >crveno?
Dodatna osobina kvarkova jeste kolor naboj ili boja >s obzirom da je kvarkove nemogu+e vidjeti# ovaj naziv nema veze sa bojama kakve i( mi poznajemo?. @olor naboj igra analognu ulogu električnom naboju# ali s obzirom na kompleksnost kvantne (romodinamike postoje odre'ene razlike. ;oja može biti zelena# plava# crvena# i za antikvarkoveG anti-zelena# anti-plava i anti-crvena. Svakom kvarku se u nekoj složenoj čestici pripisuje jedna boja. 0aprimjer# proton se sastoji od dva u i jednog d kvarka. Svaki kvark u protonu ima različitu boju koje zajedno stvaraju neutralnu ili %%bijelu%% boju koja i( drži na okupu. Bada+a gluona jeste da konstantno mijenja boje me'u kvarkovima tako $to i( ovi razmjenjuju garantiraju+i tako cjelovitost protona. =ako * i d kvarkovi grade na jedinstven način protone i neutrone pa su oni# kvarkovi# ustvari najprostije gradivne jedinke na$eg univerzuma odnosno materije.
%.0 /estice i antičestice %.1 tkrie antičestica 11
ngleski fizikalni teoretičar i matematičar &aul C. M. Dirac >1"3-14?# jedan od najve+i( fizikalni( umova svi( vremena# sjedinio je 13. teoriju relativnosti i kvantnu me(aniku postaviv$i relativističku valnu jednadžbu elektrona odakle je izlazio i spin >moment impulsa? te čestice i fina struktura spektralni( linija vodikovog atoma. =a teorija predvidjela je postojanje pozitrona >pozitivno nabijeni elektron? i tvorbu parova čestica i antičestica. Dirac je dokazao da za svaku vrstu čestica mora postojati i njezina Yslika u zrcaluY - antičestica.
ksperimentalna potvrda Diracove jednadžbe do$la je 183. godine kada je Cnderson pomo+u magličaste komore na$ao pozitrone u kozmičkim zrakama. 0e$to kasnije# ;lackett i 9cc(ialini otkrili su tvorbu elektron-pozitron parova pomo+u gama zraka. Cko mogu postojati pozitroni# mogu postojati i sve druge antičestice# odnosno antimaterija u Svemiru. =ako je Dirac 188. godine dobio# zajedno sa . Sc(rZdingerom# 0obelovu nagradu za fiziku# Yza otkri+e novi( oblika atomske teorijeY.
%.2 Razlika izme$u čestica i antičestica Suvremena teorija nam govori da svaka čestica ima svoju antičesticu# dakle česticu iste mase i spina# ali suprotnog naboja. Simetrija obzirom na pozitivan i negativan naboj jedan je od temeljni( zakona prirode i opažena je pri gotovo svim elementarnim česticama. 12
9sim naboja# čestice i antičestice razlikuju se i po cijelom nizu drugi( svojstavaG leptonski broj# barionski broj# stranost# itd. Svojstva koja su identična kod čestica i antičestica jesuG masa# spin# vrijeme raspada# itd. &ostoje čestice koje su potpuno neutralne i u tom slučaju su antičestice i čestice jednake >npr. foton i antifoton su jedno te isto# pa kažemo da je foton ujedno svoja antičestica?. 9p+enitoG antineutrino je antičestica neutrina# antiproton je antičestica protona itd.
&rikaz pljuska kozmički( zraka iz Svemira# prirodni( izvora antičestica. >ourtes[ /0.?
Cntimaterija se sastoji od antiprotona# antineutrona i antielektrona >pozitrona?. Dakle# atomske jezgre antimaterije su negativno nabijene# a oko nji( kruže pozitivno nabijeni pozitroni. Sigurno se pitate koja je razlika izme'u neutrona i antineutrona s obzirom na to da neutron nije električki nabijen. /adi se o tome da je neutron sastavljen od kvarkova# a antineutron od antikvarkova. @varkovi i antikvarkovi imaju suprotne naboje bez obzira $to je nji(ov zbroj u oba slučaja jednak nuli. Spomenimo na kraju i ideju američkog fizičara 2o(na A(eelera da se pozitron može interpretirati kao elektron koji putuje unatrag u vremenu# $to je matematički razradio /ic(ard
%.% vorba parova čestica+antičestica Diracova teorija uvodi i nova s(va+anja o praznom prostoru. 9n odbacuje zamisao o vakuumu kao apstraktnom ni$tavilu. &razan prostor koji ne sadrži nikakve čestice jo$ uvijek nije Yni$taY ve+ ima fizikalna svojstva. 9n se može polarizirati tako da se iz njega istrgnu elektroni# a YrupeY koje pri tome izbijanju elektrona nastaju jesu pozitroni. ,akuum je nabijen mno$tvom virtualni( čestica i antičestica koje se mogu pojaviti praktično ni iz čega i potom se u najmanjem djeli+u vremena natrag ani(ilirati >poni$titi?. >\to su čestice teže to +e se prije ani(ilirati.? 9vakav proces je mogu+ zbog Heisenbergovog načela neodre'enosti. ,irtualne čestice ne mogu se izravno zamjetiti detektorima čestica# ali one imaju neizravne učinke >npr. tzv. ambov pomak spektralni( linija vodikovog atoma?. Cko se osigura odre'ena količina energije izvana# tada virtualna čestica može postati stvarna.
Mali pljusak kozmički( zraka od pozitivni( i negativni( elektrona. >op[rig(t b[ al=ec(? Cni(ilacijski proces može tako'er i+i i obrnutoG dva fotona s dovoljno energije mogu se sudariti i proizvesti elektron-pozitron par gdje su energije fotona pretvorene u mase elektrona i pozitrona. nergija svakog fotona mora nadma$ivati Yenergiju mirovanjaY mc]3 elektronove# odnosno pozitronove mase.
%.' *dje je antimaterija3 14
Ba$to u Svemiru imamo veliku količinu materije# i praktično nikakvu količinu antimaterijeJ Ba$to se materija i antimaterija nisu ani(ilirale odma( čim su bile stvorene u ,elikom &raskuJ &o$to se procesima tvorbe parova uvijek stvara jednak broj čestica i antičestica možemo se pitati gdje su sve te antičesticeJ &ostoji li čitav Svemir sastavljen od antimaterijeJ Da li su možda neki drugi dijelovi Svemira# neke daleke galaktike# sačinjene od antimaterijeJ 9 tome kako je do$lo do vi$ka materije nad antimaterijom diskutirali smo ovdje. @ada bi u na$oj galaktici postojala prostrana područja antimaterije# očekivali bismo zamijetiti velike količine zračenja iz granični( područja materije i antimaterije# gdje bi se mnoge čestice sudarale sa svojim antičesticama# ani(iliraju+i se me'usobno i oda$ilju+i zračenje visoke energije. >* kasnim 14"-ima odre'eno je da je količina antimaterije u na$oj galaktici manja od jednog stomilijuntog dijela.? S druge strane# te$ko je zamisliti da bi neke galaktike bile sastavljene isključivo od materije# a druge isključivo od antimaterije. Cn(ilacija mno$tva elektrona i pozitrona blizu centra na$e galaktike# Mliječne staze# u velikom novootkrivenom oblaku antimaterije koji se prostire nekoliko tisu+a svjetlosni( godina iznad galaktičkog centra. 0ajsvijetliji dijelovi odnose se na jezgro galaktike# a (orizontalna struktura leži uzduž ravnine galaktike. Cni(ilacija stvara visoko energetske gama-zrake# prikazane na ovoj slici. >ourtes[ of D.D. Di^on and A./. &urcell?
15
:pak# nije posve isključeno da je negdje u Svemiru situacija obrnutaG da su atomske jezgre nabijene negativno# a oko nji( se vrte pozitroni. Spektri takvi( atoma bili bi potpuno identični onima obične materije. Cko bi postojao izolirani sistem antimaterije u Svemiru koji ne bi bio u me'udjelovanju sa običnom materijom# nijedno promatranje sa Bemlje ne bi moglo razlučiti njegov pravi sadržaj. :pak# danas se snažno vjeruje da je čitav na$ Svemir sastavljen uglavnom od materije. 6odine 1# visoko energetski detektor čestica CMS-"1 >Clp(a Magnetic Spectrometer? poslan je na Discover[-u u bezuspje$nu desetodnevnu misiju otkrivanja eventualne ani(ilacije# a uskoro +e na dugu ruku Me'unarodne svemirske postaje biti instaliran njegov nadogra'eni i osjetljiviji nasljednik CMS-"3 da na nekoliko godina# izložen kozmičkim zrakama# orbitira par stotina kilometara iznad atmosfere i u potrazi za bilo kakvim oblikom kozmičke antimaterije mjeri strujanja nabijeni( antičestica i antijezgara.
=ragač za antimaterijom CMS spektrometar instaliran u potpornu konstrukciju >ourtes[ /0?
16
:zazovi su prvenstveno te(ničke naraviG svaka komponenta detektora mora biti minijaturizirana $to je vi$e mogu+e# tako da ukupni volumen detektora ne bude ve+i od 1" kubični( metara# a njegova težina mora biti manja od 8 tone. =ako'er# napajanje ne bi smjelo prema$iti 3kA >$to je uistinu malo?# jer mu najvi$e toliko mogu omogu+iti solarni paneli svemirske postaje.
%.4 Proizvodnja antimaterije 1!.".3""3. ekipi iz /0-a uspjela je# u eksperimentu C=H0C >Cnti([drogen &roduction and &recision ^periments?# kontrolirana proizvodnja velikog broja >na tisu+e? antivodikovi( atoma na niskim energijama uz pomo+ antiprotonskog deceleratora >usporivača? čestica. ;itno je naglasiti da je to napravljeno na niskim energijama jer se na visokim energijama >pri velikim brzinama? ne bi mogla mjeriti svojstva ti( atoma antivodika i uspore'ivati i( sa vodikovim svojstvima.
Proizvodnja antivodika u 5ER6+u _etveropolni magneti >sa četiri pola`? koji se koriste kao le+e. =o su fokusiraju+i magneti koji osiguravaju da veličina zrake čestica bude manja od vakuumske cijeviG
17
=e(ničari instaliraju magnet u /0-ovom novom antiprotonskom deceleratorskom prstenuG
S(ema antiprotonske YzamkeY koja omogu+uje istraživanje svojstava usporeni( antiprotona i stvaranje antimaterije >ourtes[ /0?G
Svi izvedeni eksperimenti pokazuju da se svojstva antivodika nimalo ne razlikuju od svojstava vodika. 18
'.0 7undamentalne sile Materija je pod utjecajem sila koje na nju djeluju >ovi pojmovi se mogu i zamjeniti?. &ostoje četiri temeljne sile u SvemiruG 1.
gravitacijska sila >izme'u dvije čestice koje posjeduju masu?
3.
elektromagnetska sila >izme'u čestica sa nabojem7magnetizmom?
8.
jaka nuklearna sila >izme'u kvarkova?
).
slaba nuklearna sila >djeluje izme'u neutrina i elektrona?
&rve dvije sile su nam poznate# gravitacija je sila koja djeluje izme'u sveukupne materije# elektromagnetska sila opisuje me'udjelovanje čestica sa nabojem i magnetika. Svjetlost >fotoni? se obja$njava interakcijom eletričnog i magnetskog polja. 2aka sila vezuje kvarkove u protone# neutrone i mezone i drži jezgru atoma zajedno unatoč odbojnim silama koje djeluju izme'u protona. Slaba sila kontrolira radioaktivni raspad jezgre atoma i reakcije izme'u leptona >elektroni i neutroni?. Dana$nja fizika >nazvana fizikom kvantnog polja? obja$njava razmjenu energije u interakcijama razmjenom nosioca sile# koje nazivamo bozonima. Sile koje djeluju na velikoj udaljenosti imaju nosioce čija masa je nula# gravion i foton. 9ni djeluju na razmjerima koji su ve+i od sunčevog sustava. Sile koje djeluju na kratkim udaljenostima imaju nosioce veoma velike mase# AR# A- i B za slabu silu i gluon za jaku silu. 9ni djeluju na razmjerima veličine jezgre atoma.
Dakle# iako jaka sila ima najve+u snagu# ona ima najkra+i doseg.
'.1 (vantna elektrodinamika 19
&odručje fizike koje obja$njava interakciju nabijeni( čestica i svjetlosti naziva se kvantna elektrodinamika. @vantna elektrodinamika >D? proteže kvantnu teoriju na područje sila# kre+u+i od elektromagnetskog polja. &o D nabijene čestice su u interakciji razmjenom virtualni( fotona# fotona koji ne egzistiraju izvan interakcije i služe isključivo kao nosioci momenta7sile. *očite uklanjanje >eliminaciju? djelovanja na udaljenost# interakcija se doga'a uslijed direktnog kontakta fotona.
=ijekom 1!"-i(# formuliranje D dovelo je do ujedinjenja teorije slabi( i elektromagnetski( interakcija. 0ova sila# nazvana elektroslaba sila# prisutna je na ekstremno visokim temperaturama poput oni( koje nalazimo u početnim trenutcima nastanka Svemira i koje proizvodimo u akceleratorima čestica. *nifikacija >ujedinjenje? znači da slaba i elekrtomagnetska sila postaju simetrične u toj točki# pona$aju se kao da se radi o jednoj sili.
20
lektroslaba unifikacija je potakla vjerovanje da se slaba# elektromagnetska i jaka sila mogu ujediniti u ne$to $to nazivamo Standardnim modelom materije.
'.2 (vantna kromodinamika @vantna kromodinamika je područje fizike koje se bavi jakom ili obojanom silom koja veže kvarkove zajedno te oni formiraju barione i mezone# te rezultira složenom silom koja drži zajedno jezgru atoma.
21
&rijevod sa slikeG 9bojana sila F dilema kvantne fizike dugo je bila kako se jezgra atoma drži na okupu uslijed odbojni( elektrostatski( sila kojima je protoni nastoje razdvojiti. 9dgovor dolazi u obliku obojane sile izme'u kvarkova u protonima i neutronima koji proizvode jaku silu# koja nadjačava elektrostatsku silu. 2aka sila nadjačava elektromagnetsku i gravitacijsku silu samo na veoma kratkim udaljenostima. :zvan jezgre djelovanje jake sile ne postoji.
'.% 8jelovanje na daljinu 0eEton-ova fizika podrazumijeva direktnu vezu izme'u uzroka i posljedice. lektrične i magnetske sile potiču dilemu za ovakvu interpretaciju s obzirom da ne postoji direktan kontakt izme'u dvaju naboja# pravilnije je zato kazati da postoji djelovanje na daljinu. @ako bi razrije$ili ovu dilemu tvrdimo da postoji razmjena nosioca sile izme'u dviju nabijeni( čestica. 9vi nosioci sile su tek kasnije dovedeni u vezu sa česticama svjetlosti >fotonima?. 9ve čestice služe za prijenos momenta ostvaruju+i kontakt izme'u nabijeni( čestica# slično sudarima automobila i kamiona.
22
&rijevod sa slikeG * klasičnom prikazu uzimamo da nepoznati proces potiskuje >gura? nabijenu česticu od magneta. &rema teoriji čestica# nosioci naboja >fotoni? prenose moment direktno na nabijenu česticu. Me'utim# ovaj poku$aj da razjasnimo paradoks djelovanja na daljinu koristi se čestičnom prirodom svjetlosti# dok promatraju+i strukture koje nastaju uslijed interferencije očito pokazuju da svjetlost ima valno-čestičnu prirodu. *pravo ova dvojna priroda svjetlosti# istovremeno čestična i valna# dovela je do revolucije poznate kao kvantna fizika.
'.' 9tandardni model : eorija 9ve,a Da li je to sveJ Da li su kvarkovi i leptoni temeljne gradivne struktureJ 9dgovor je možda. Mi smo jo$ u potrazi kako bi popunili neke praznine u onom $to nazivamo Standardni model.
Standardni model je način pravljenja smisla u mno$tvu elementarni( čestica i sila unutar jedinstvene s(eme. Standardni model je kombinacija dviju s(ema elektroslaba sila >unifikacija elektromagnetizma i slabe sile? i kvantne kromodinamike. :ako Standardni model unosi znatnu količinu reda me'u elementarne čestice i vodi prema važnim pretpostavkama# model nije oslobo'en i neki( značajni( te$ko+a. 23
0a primjer# Standardni model sadrži značajan broj proizvoljni( konstanti. Dobar izbor ovi( konstanti vodi prema potpunom slaganju sa eksperimentalnim rezultatima. Me'utim# dobra temeljna teorija bila bi ona u kojoj su konstante sama po sebi očite. Standardni model ne uključuje sve sile i zbog toga je nepotpun. &risutno je snažno očekivanje da postoji ,eliko polje ujedinjene teorije >6reat *nified
'.; 9uper,ravitacija _ak bi i 6*=S bio nepotpun jer bi uključivao prostor-vrijeme i zbog toga gravitaciju. &retpostavlja se da +e =eorija Svega >=(eor[ of ver[t(ing - =9? dovesti zajedno sve temeljne sile# materiju u zakrivljeno prostor-vrijeme unutar jedne jedinstvene slike. Ba kozmologiju to +e biti jedinstvena sila koja je kontrolirala Svemir u trenutku njegovog nastanka. =renutni pristup potrazi za =9 je namjera da se otkrije neka fundamentalna simetrija# možda simetrija simetrija. =rebale bi postojati i pretpostavke koje proizlaze iz =9# kao $to je i pretpostavka o postojanju Higgs-ove čestice# porijekla mase u Svemiru. 2edan od poku$aja formuliranja =9 je supergravitacija# kvantna teorija koja ujedinjuje tipove čestica upotrebom deset dimenzionalnog prostorvremena. &rostor vrijeme >)D konstrukcija? je bila uspje$na u obja$njavanju gravitacije. \to ako je i subatomski svijet tako'er geometrijski fenomen. Mnoge druge dimenzije vremena i prostora mogle bi ležati ispod kvantne razine# izvan normalnog iskustva# imaju+i utjecaja na mikroskopski svijet elementarni( čestica. * potpunosti je mogu+e da ispod kvantne domene postoji svijet potpunog kaosa# bez ikakvog zakona simetrije. 2edna stvar je očita# $to nas vi$e napor i trud dovodi u blizinu područja temeljni( zakona# to su rezultati proučavanja sve vi$e udaljeni od na$eg iskustva.
'.4 eorija struna 24
2o$ jedan poku$aj formiranja =9 dolazi kroz M teoriju >od membrane? ili teoriju struna. =eorija struna je zapravo teorija visokog reda# gdje ostali modeli# poput supergravitacije i kvantne gravitacije# izgledaju kao aproksimacije. 9snovna premisa teorije struna je da subatomski entiteti# kao $to su kvarkovi i sile# su zapravo si+u$ne karike >petlje# prsteni?# strune i membrane koje se pona$aju poput čestica sa visokim energijama.
2edan od problema u fizici čestica je zavidan broj elementarni( čestica >mioni i pioni i mezoni itd.?. =eorija struna odgovara na ovaj problem predlažu+i da malene karike# oko 1"" milijardi milijardi puta manje od protona# vibriraju ispod subatomske razine i svaki oblik vibracije predstavlja jedinstveu rezonancu koja odgovara točno odre'enoj čestici. Dakle# kada bi mogli pove+ati kvantnu česticu vidjeli bi si+u$ne strune koje vibriraju. ,ažan aspekt teorije struna# koji je čini kandidatom za =9 je to $to ne samo da obja$njava prirodu kvantni( čestica ve+ i prostorvrijeme. 9vaj komplicirani skup pokreta mora se pona$ati u skladu sa vlastitim pravilima i ograničenjima koja su posljedica na isti način obja$njenim u teoriji relativnosti.
25
Sljede+i aspekt teorije struna u kojem se dodatno razlikuje od ostali( =9 kandidata je njezina estetska ljepota. =eorija struna je geometrijska teorija# takva da# poput op+e relativnosti# opisuje objekte i interakcije kori$tenjem geometrije i nema nedostataka u smislu onog $to nazivamo problemom normalizacije kao recimo kvantna me(anika. 0emogu+e je testirati pretpostavke postavljene u teoriji struna jer bi bilo potrebno koristiti temperature i energije približne onima koje su vladale u početku Svemira. Dakle# prepu$teni smo prosu'ivati vrijednost ove teorije na temelju njezine elegancije i unutra$nje konzistentnosti# a ne pomo+u eksperimentalni( podataka.
26
;.0 (varkovi i !eptoni
Dva temeljna tipa čestica su kvarkovi i leptoni. @varkovi i leptoni sa dijele u ! vrsta koje odgovaraju trima generacijama tvari. @varkovi >i antikvarkovi? imaju električne naboje 178 ili 378. eptoni imaju jedinične naboje 1 ili ". *običajena# svakodnevna materija pripada prvoj generaciji# pa sada pažnju možemo usmjeriti prema gore >378 naboj? i dolje >-178 naboj? kvarkovima# elektron neutrinu >kojeg jednostavno nazivamo neutrino# male mase i bez naboja? i elektronima >-1 naboj# najlak$a čestica?.
27
=reba uočiti da za svaki kvark i lepton# postoji i odgovaraju+a antičestica. 0a primjer# postoji gore antikvark# anti-elektron i anti-neutrino. ;ozoni nemaju antičestice i nosioci su sile >vidjeti fundamentalne sile?.
5.1 Ograničenje kvarkova
0e može postojati ne$to kao slobodni kvark# tj. kvark sam za sebe. Svaki se kvark mora vezati za drugi kvark ili anti-kvark razmjenom gluona. =o nazivamo ograničenjem kvarkova. /azmjena gluona proizvodi polje sile 28
odre'ene boje# odnose+i se pri tome na boju naboja koja je pridružena kvarkovima# slično električnom naboju. &olje sile boje je neobično po tome $to razdvajanje kvarkova čini polje sile snažnijim >za razliku od elektromagnetske ili gravitacijske sile koja slabi sa udaljenosti?. &otrebna je sila kako bi se nadvladalo polje sile boje. =a energija se pove+ava sve dok ne do'e do formiranja novog kvarka i antikvarka >energija je jednaka masi# mc3?.
Dva nova kvarka se formiraju i vežu za pret(odna dva kvarka kako bi formirali dva nova mezona. &rema tome# niti jedan kvark nije u niti jednom trenutku u izolaciji. @varkovi uvijek putuju u parovima ili trojkama.
4.0 sobine
4.1 "ehanizam * tri dimenzije i sa relativističkim komplikacijama# ovo je opis Higgsovog me(anizma. Da bi čestica dobila masu# izumljeno je pozadinsko polje koje postaje lokalno poreme+eno kada se čestica giba kroz njega. &oreme+aj F nakupljanje polja oko čestice F generira čestičnu masu. :deja dolazi izravno iz fizike čvrstog stanja. *mjesto polja ra$irenog po cijelom prostoru# krutina sadržava re$etke pozitivnog naboja atoma kristala. @ada se elektron giba kroz nji(# privlači sebi atome# $to efektivnu masu elektrona čini i do četrdeset puta ve+om od mase slobodnog elektrona. &ostulirano Higgsovo polje u vakuumu je vrsta (ipotetske re$etke koja popunjava na$ Svemir. =o trebamo jer inače ne možemo objasniti za$to su B i A bozoni# čestice koje prenose slabu interakciju# tako te$ki dok je foton# koji prenosi elektromagnetske sile# bez mase. Sada promotrimo vijest koja se kre+e na$om sobom punom uniformno raspore'eni( politički( govornika. 9ni bliže vratima je prvi čuju i skupe se bliže da čuju detalje# tada se okrenu i približe susjedima koji tako'er žele čuti. ,al nakupljanja prolazi sobom. Može se ra$iriti u sve kuteve sobe ili formirati kompaktnu nakupinu koja nosi vijest po pravcu do neke važne ličnosti na drugom kraju sobe. ;udu+i da informaciju nose nakupine ljudi i budu+i da je nakupljanje ono $to je ministru dalo dodatnu masu# ispada da i nakupine koje nose vijest tako'er imaju masu. Higgsov bozon je predvi'en da bude ba$ kao nakupine u Higgsovom polju. &uno +emo lak$e povjerovati da polje postoji i da je me(anizam koji daje česticama masu ispravan ako na'emo samu Higgsovu česticu. 9pet# postoje analogije sa fizikom čvrstog stanja. @ristalna re$etka može prenijeti valove nakupina bez potrebe za elektronom koji pokre+e i privlači atome. =i se valovi pona$aju kao da su čestice. 9ni se zovu fononi i oni su tako'er bozoni. Higgsovo polje je jednostavno F ima iste karakteristike bez obzira iz kojeg se smjera promatra i u nekim pogledima se ne razlikuje od praznog prostora. Bato fizičari zami$ljaju Higgsovo polje kao ne$to $to prožima cijeli prostor i snabdijeva ga zrncima kao npr. daskama od drveta. Smjer zrnaca se ne može detektirati i postaje bitan jedino kada se uzimaju u obzir Higgsove interakcije sa drugim česticama# npr. čestice koje se zovu vektorski bozoni mogu putovati sa zrncima# u tom se slučaju lako gibaju na 30
velikim udaljenostima i promatraju se kao fotoni F čestice svjetlosti# ili u suprotnom smjeru# a u tom slučaju nji(ov efektivni domet postaje puno kra+i i zovemo i( A ili B čestice. 9ne igraju važnu ulogu u fizici nukleari( reakcija kakve se javljaju u jezgri Sunca. Higgsovo polje omogu+uje nam da vidimo naizgled nevezane fenomene kao dvije strane istog novči+a. 9ba se mogu opisati u terminima karakteristika isti( vektroski( bozona. @ada čestice materije kao $to su elektroni i kvarkovi putuju kroz zrnca# konstantno se prevr+u $to i( usporava sporije od nji(ove prirodne brzine F brzine svjetlosti# čine+i i( te$kima. ,jerujemo da je Higgsovo polje odgovorno za snabdijevanje doslovno sve materije masom. Može postojati Higgsov me(anizam i Higgsovo polje u na$em Svemiru bez da postoji Higgsov bozon. 0ova generacija akceleratora bi to trebala rije$iti. @ao i mnoge analogije# drvena zrnca su uvjerljiva# ali pogre$na. =rebamo zrnca doživljavati ne definiranjem nji(ovog smjera u svakodnevnom trodimenzionalnom prostoru# nego radije u nekom apstraktnom internom prostoru naseljenom raznim vrstama vektorski( bozona# elektrona i kvarkova. &ret(odni članak je donio uvod u teoriju o eventualnom postojanju Higgsove čestice i njenom utjecaju na materiju kakvu imamo u svemiru. \to je Higgsov bozon i njegov me(anizam je ve+ iznesen# a ovaj članak donosi pregled razvoja matematičke pozadine ovog fenomena. &ročitajte kako je razvijana teorija postojanja Higgsovog bozona. /azvoj matematičke pozadine * matematici kvantne me(anike obja$njenje stvaranja i poni$tavanja elementarni( čestica# kakvo je promatrano u akceleratorima# nastaje iz polja ra$ireni( po prostoru i vremenu. Higgs je na$ao da parametri u jednadžbama za polje pridruženo čestici H se mogu izabrati na način da je najniže energijsko stanje tog polja >prazan prostor? je ono sa poljem ne-nula. :znena'uju+e je da je polje ne-nula u praznom prostoru# ali rezultat# neočigledan# jeG sve čestice mogu interagirati sa H i ste+i masu iz interakcije. =eoretski fizičari uvijek teže prema unifikaciji. 0eEton je prepoznao da pad jabuke# plima i oseka te kruženje planeta su sve aspekti jednog fenomena F gravitacije. Ma^Eell je unificirao elektricitet# magnetizam i svjetlost. Svaka sinteza pro$iruje na$e razumijevanje i vodi do novi( primjena. 31
1!"-ti( godina je sazrilo vrijeme za novi korak. :mali smo zapanjuju+e točnu teoriju elektromagnetski( sila i kvantne elektrodinamike. * njoj se elektromagnetske sile gledaju kao posljedica izmjene fotona >paketa elektromagnetski( valova? izme'u električki nabijeni( čestica. >razlika izme'u čestice i vala je nestala u kvantnoj teoriji?. Slabe sile# koje sudjeluju u radioaktivnosti u Sunčevom generatoru# su u mnogo načina slične# osim $to su mnogo slabije i ograničene u dosegu. ijepa teorija ujedinjenja slabe i elektromagnetske sile je predstavljena 1!5. &rezentirali su je Steven Aeinberg i Cbdus Salam >neovisno?. Slabe sile nastaju izmjenom A i B čestica. 0ji(ov kratak doseg i slabost je posljedica toga $to su A i B# za razliku od fotona# vrlo masivne čestice# čak 1"" puta teže od atoma vodika. lektroslaba teorija je uvjerljivo potvr'ena# pogotovo otkri+em A i B čestica u /0-u 18. i mnogim testovima nji(ovi( karakteristika. :pak# porijeklo nji(ovi( masa ostaje nerije$ena tajna. 0a$a najbolja pretpostavka je Higgsov me(anizam F ali taj aspekt teorije jo$ nije testiran. naravno# to nisu realne fizikalne olovke F one predstavljaju Higgsovo polje F niti je nji(ov smjer smjer u realnom fizikalnom prostoru# ali analogija je dovoljno blizu?. 9lovke su sve sparene zajedno# tako da padaju u istom smjeru. 0ji(ova prisutnost vakuumu utječe na valove koji kroz nji( putuju. ,alovi naravno imaju smjer u prostoru# ali tako'er imaju smjer i u konceptualnom prostoru. * nekim smjerovima valovi moraju pomaknuti i olovke# $to i( čini sporijima. =i valovi su A i B kvanti. =eorija se može testirati jer sugerira da može postojati drugačija vrsta valova# val u samoj olovci# gdje se odbijaju gore-dolje. =aj val je Higgsova čestica. 0jen pronalazak bi potvrdio da zaista razumijemo porijeklo mase i dopustio nam da damo zavr$ni dodir elektroslaboj teoriji# popunjavaju+i preostale praznine. 32
@ada teorije jednom bude gotova# možemo se nadati da možemo dalje graditi na njojG krajnji cilj je unificiranje teorije uključuju+i tako'er i jaku interakciju koja veže protone i neutrone u atomsku jezgru i čak i gravitaciju# naizgled silu najtežu da ujedinjenje u s(emu unifikacije. &ostoje jake naznake da je sinteza velikog ujedinjenja mogu+a# ali su detalji i dalje prilično nejasni. &ronalazak Higgsa bi dao vrlo važan trag prirodi velike sinteze. Slijedi da matematika povezuje postojanje H sa doprinosom masi svi( čestica s kojima H interagira. Slika koja odgovara matematici je ona najnižeg energijskog stanja F praznog prostora# imaju+i obilježja H čestice bez vlastite energije. 9stale čestice dobiju masu interakcijom sa tom kolekcijom nulenergetski( H čestica. Masa >inercija ili otpor gibanju? čestice dolazi od toga $to je ona u(va+ena od Higgsove čestice kada je poku$amo pokrenuti. Bnamo iz kvantne teorije da polja imaju pridružene čestice. _estica za elektromagnetsko polje je foton. Mora# dakle# postojati i čestica pridružena Higgsovom polju i ona se naziva Higgsov bozon. &ronalazak Higgsovog bozona je ključan za rje$enje nedoumice o postojanju Higgsovog polja# na$e najbolje (ipoteze o porijeklu mase. 9va pitanja# me(anizam pomo+u kojeg čestice stječu masu te veza me'u različitim silama prirode# su velika i toliko temeljna $to se tiče razumijevanja konstituenata materije i sila me'u njima# da je te$ko vidjeti kako možemo i+i naprijed u saznavanju stvari od koji( je Bemlja napravljena# ako na nji( pret(odno ne odgovorimo. Higgsova sposobnost ispunjavanja prostora svojom misterioznom prisutno$+u je važna komponenta u ambicioznijim teorijama u tome kako je nastao Svemir iz neke početne kvantne fluktuacije i za$to Svemir preferira biti ispunjen materijom radije nego anti-materijom tj. za$to postoji ne$to radije nego ni$ta. Da bi ove ideje proveli rigoroznije i zaista izbacili cijelu sliku# moramo na+i dokaz za Higgsovo polje iz prve ruke# drugim riječima F prona+i Higgsov bozon. @oliko postoji Higgsovi( česticaJ 2esu li i one izra'ene od jo$ elementarniji( komponentiJ 0ajbitnije pitanjeG koliko je te$ka ta česticaJ 0a$e trenutno znanje može njegovu masu smjestiti negdje izme'u mase atoma željeza 33
i urana. 9vo je potpuno novi oblik materije o čijoj prirodi imamo tek nejasna naga'anja i njeno je otkri+e najuzbudljiviji vidik u suvremenoj fizici čestica.
4.2 "jerenje
4.% Unutar 5ER6+a Higgsov bozon se smatra karikom koja nedostaje u standardnom modelu čestica i polja# teoriji koja je obja$njavala fundamentalnu fiziku do 15"-ti( godina. Do 14. godine# t kvark je tako'er nedostajao# ali su ga uspjeli 34
nezavisno otkriti timovi iz dva =evatronova velika sustava detektora F D-Bero i D<. * standardnom modelu# Higgsova masa je u korelaciji sa masom t kvarka# kaže Madaras# pa +e napredna mjerenja mase t kvarka dati vi$e informacija o mogu+oj vrijednosti mase Higgsovog bozona &rema standardnom modelu# na početku Svemira postojalo je $est različiti( vrsta kvarkova. t kvark je postojao samo trenutak prije nego se raspao u b kvark i A bozon# one koji su nastali prilikom ra'anja Svemira. :pak#
* objavi D-Bero rezultata# glasnogovornik eksperimenta 2o(n Aomersle[ je izjavio# te(nika analize koja nam dopu$ta da izvučemo vi$e informacija iz svake pojave t kvarka je dala poprilično unaprije'ena mjerenja mase t kvarka sa pogre$kom od 4.8 6e,7c3. @ada se ovaj novi rezultat kombinira sa ve+ dobivenim rezultatima iz D-Bero i D< eksperimenata# novi prosjek mase t kvarka postaje >15." ).8? 6e,7c3. Sustav detektora D-Bero se sastoji od sredi$nje matrice detektorskog pra+enja# (ermetičkog kalorimetra za mjerenje energije i velikog solid-angle mionskog sustava detektora. ;erkele[ ab je dizajnirao i izgradio dva elektromagnetska end-cap kalorimetra i početni zenitni detektor >- doslovno?# najunutra$njija komponenta prate+eg sustava. &rate+i detektori nadopunjuju kalorimetre mjerenjem trajektorija čestica. Bnanstvenici su u stanju identificirati i karakterizirati česticu tek onda kada kombiniraju trajektorije i energijska mjerenja. Dok podizanje srednje vrijednosti mase t kvarka# čini se# umanjuje vjerojatnost otkri+a Higgsovog bozona u =evatronu# otvara vrata novim otkri+ima u supersimetriji# tako'e znanu i kao S*SQ F ekstenzija standardnog modela koji ujedinjuje čestice i sile sa materijom kroz postojanje superpartnera. Supersimetrija traži načine da popuni praznine koje ostavlja standardni model. 35
