メイラン、スイス ――お待たせしました。今日、ここヨーロッパの素粒子物理研究所である CERN で世界最大の原子粉砕機と協力している物理学者は、長い間求められていたヒッグス ボソンを発見したと報告しました。他のすべての基本粒子が質量を得る方法の説明。
この発見は 48 年前の予測を実現し、知的な成果を示しています。しかし、物理学者が祝っているとしても、この発見は、アトムスマッシャーで発見できる新しい物理学が残っていない可能性があるという懸念を引き起こしています.素粒子物理学にとって、ヒッグスの発見は道の終わりかもしれません。
データは、ジュネーブ近くのフランスとスイスの国境の下を周回する長さ 27 キロメートルの地下粒子加速器である大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) からのものです。 LHC は巨大なエネルギーで陽子を衝突させて、新しいつかの間の亜原子粒子を発生させます。陽子は、ヒッグス粒子を追跡する ATLAS と CMS と呼ばれる 2 つの巨大な粒子検出器内で衝突します。それらで作成されたヒッグス粒子は、検出器に見える粒子の特定の組み合わせに崩壊するはずです。今日、ATLAS チームと CMS チームはどちらも、CERN の特別セミナーでヒッグス探索の最新データを発表しました。そして、両チームは本質的に決定的なシグナルを見ています。
たとえば、CMS 検出器に取り組んでいる約 3000 人の研究者は、ヒッグスが 2 つの光子に崩壊する明確な兆候を確認しています。 2 つの光子のエネルギーから、物理学者は、想定される親粒子の質量を推測できます。そして、CMS の研究者が推測された粒子の質量のプロットを作成すると、ランダムな光子ペアによって生成された背景の上に明確なピークが見られます (図を参照)。そのピークは、125 ギガ電子ボルト (GeV) の質量、または陽子の質量の約 133 倍のヒッグス様粒子の存在を示しています。 CMS チームのスポークスパーソンは、CERN の満員の講堂で語った。
CMS の研究者は、ヒッグス粒子が W ボソンと呼ばれる粒子のペアまたは Z ボソンと呼ばれる粒子のペアに崩壊する証拠も見ている、と Incandela は報告している。これらの巨大な粒子は、光子が電磁気力を伝達するのとまったく同じ方法で、弱い核力を伝達します。おなじみの粒子のさらに多くの組み合わせへの崩壊を含めて、データはヒッグスのような粒子がそこにあることにほとんど疑いを残していません.ランダムな統計的変動がそのような信号を生成する可能性は、素粒子物理学者が公式の発見のために固執する恣意的な 350 万分の 1 レベル、いわゆる 5 シグマ標準よりもわずかに高いだけです。
CERN の物理学者であり、ATLAS 実験のスポークスパーソンである Fabiola Gianotti は、ATLAS チームは、ヒッグスが光子対に崩壊する質量プロットに同様のピークを見ていると報告しています。また、ATLAS の研究者は、ヒッグス粒子が崩壊して Z ボソンやその他の粒子の組み合わせになっていることも確認しています。まとめると、ATLAS の信号は 5 シグマの発見基準を満たしていると Gianotti は報告し、すぐに拍手喝采を浴びました。
セミナーの最後に、物理学者たちは長年のスタンディングオベーションと賛同の声で結果を迎えました。 CERN のロルフ ディーター ホイヤー事務局長は、次のように述べています。 "あなたが同意する？" 1964年にボソンの存在を予言し、そのイベントに参加していたイギリスのエジンバラ大学の83歳の理論家ピーター・ヒッグスは、「実験者に感謝したい。私はしなかった」と語った.生きているうちにこれを見るとは思わない」
キングス・カレッジ・ロンドンの理論家であるジョン・エリスは、観測された粒子が標準モデルが予測する特性を正確に持っているかどうかを、物理学者はまだテストする必要があると強調しています。たとえば、研究者は、ヒッグス粒子がさまざまな組み合わせの粒子に崩壊する相対速度を比較する必要があります。これらの速度は理論によって予測されるからです。しかし、最初に予測された崩壊を通じて粒子が発見されたという事実は、それが標準モデルのヒッグスとそれほど大きく異なるわけではないことを示唆している、とエリスは認めている。
それが本当にヒッグス粒子である場合、発見は数十年前にヒッグスによってなされた予測を実現するでしょう。それは、素粒子物理学者によって行われた一握りの重要な予測の最新のものにすぎません。たとえば、1970 年に、理論家はチャーム クォークと呼ばれる粒子の存在を予測しました。 1974 年に 2 人の実験者が独立してこの粒子を発見し、2 年後にノーベル物理学賞を受賞しました。 1968 年、理論家は W ボソンと Z ボソンの存在を予測しました。 1983 年には、それらの粒子も発見されました。その場合、予測の背後にある理論は 1979 年にノーベル賞を受賞し、発見は 1984 年に受賞しました。
ヒッグス粒子の予測と発見は、W 粒子や Z 粒子と同様に重要であると、オハイオ州立大学コロンバス校の理論家 Stuart Raby は述べています。 「それは確かに同等です」と彼は言います。 「それは確かに基本的なことです。」
素粒子物理学の標準モデルが完成した今、重要な問題は、新しい粒子がLHCまたはその後に来る可能性のある高エネルギーの原子粉砕機の範囲内にあるかどうかです.物理学者は、標準モデルの概念上の穴は、理論が不完全であることを強く示唆していると述べています。たとえば、標準モデルでは、ヒッグスと他の粒子の間の相互作用により、ヒッグスの質量が 1 兆倍の値に急上昇するはずです。しかし、そうはなりません。そのため、ほとんどの物理学者は、ヒッグス質量のバルーニングを何らかの形で打ち消す新しい粒子が存在すると考えています。
しかし、そのような粒子は、考えられる人工の原子粉砕機で発見されるのに十分なほど小さい質量を持っているのでしょうか?テキサス大学オースティン校の理論家で、W と Z の背後にある理論で 1979 年にノーベル賞を受賞したスティーブン ワインバーグは、次のように述べています。 [素粒子物理学における] 私たちの最も重要な点は、LHC がヒッグス粒子のみを発見したことです」と Weinberg は言います。 「それはドアを閉めるようなものです。」
しかし、ほとんどの物理学者は、LHC がヒッグスを発見した今、さらに驚くべき発見が続くだろうと楽観視しています。今のところ、ヒッグスの発見は夢の実現です。
*この記事は、1972 年から 1979 年までの W ボソンと Z ボソンの背後にある理論をノーベル物理学賞が受賞した年を修正するために修正されました.
