آشکارسازی مجدد ذره هیگز و تایید ارتباط با کوارک سر

اطلاعات دریافتی از آشکارسازهای ATLAS  و CMS در برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) از آشکارسازی بوزون هیگز برای بار دوم حکایت دارند، این بار جزئیاتی از تأثیر متقابل این ذره با یکی از سنگین‌ترین ذرات بنیادی کیهان به نام «کوارک سر» نیز مشخص شده است. به این ترتیب، دانشمندان اطلاعات با ارزشی درباره ماهیت جرم و فیزیک ذرات بنیادی به‌دست آورده‌اند.

ما با وجود احساس همیشگی جرم چه به صورت  نیرو‌ی گرانش و چه خاصیت اینرسی، هنوز آن را به خوبی نشناخته‌ایم. البته فرمول E=MC2 اینشتین، دلیل سنگینی هسته اتم را نیاز به مصرف انرژی برای کنار هم قرار دادن پروتون و نوترون می‌داند، اما نکته آنجاست که ذراتی بنیادی وجود دارند که بدون نیاز به هیچ تلاش خاصی باز دارای جرم‌اند و کشف اخیر می‌تواند دلیل آن را مشخص کند.

۵۰ سال پیش، پیتر هیگز پیش‌بینی کرد که باید بوزونی (نوعی ذره‌ای بنیادی) وجود داشته باشد که واکنش با میدان آن می‌تواند جرم ذره را تامین کند.

تا سال‌ها این ذره، عضو گم شده مدل استاندارد ذرات بنیادی بود که در سال ۱۳۹۱/۲۰۱۲ در شتاب‌دهنده LHC در سرن پیدا شد. اما این تازه آغاز راه بود و مقصد نهایی، یافتن دلیل وجود جرم کوارک و برای شروع چه چیزی بهتر از کوارک سر؟

کوارک‌های بالا و پایین، پروتون و نوترون را می‌سازند، اما کوارک سر طول عمر بسیار کوتاهی دارد و در کثری از ثانیه وامی‌پاشد. از طرفی کوارک سر جرم بسیار زیادی ( بیش از  ۱۶۰ برابر جرم اتم هیدروژن) دارد و این یعنی برهم‌کنشی شدید با میدان هیگز.

آشکارسازی این برهم‌کنش نیاز به در کنار هم قرار گرفتن کوارک سر و بوزون هیگز در فرایندی به نام تولید ttH دارد. اما هر دو این ذرات ناپایدارند. با توجه به توان کنونی LHC، فقط یک درصد از بوزون‌های هیگز تولید شده همراه کوارک سر آشکار می‌شوند و برای یافتن اثر آن، دانشمندان باید اطلاعات را مرور کنند و به دنبال ذرات پایدارتری باشند که بر اثر واپاشی این دو ذره به‌وجود می‌آیند.

این کار مانند تلاش برای پی بردن به شدت و دفعات دست دادن دو فرد مشهور در یک مهمانی بزرگ بعد از به خانه رفتن آن‌هاست! البته بسیار دشوارتر. اکنون پژوهشگران معتقدند که توانسته‌اند شدت برهم‌کنش بوزون هیگز و کوارک سر را تعیین کنند و به اطمینان خوبی رسیده‌اند که بوزون هیگز نقش مهمی در زیاد بودن جرم کوارک سر ایفا می‌کند. البته این موضوع در مدل استاندارد ذرات پیش‌بینی شده بوده اما نخستین بار است که به صورت تجربی با دقت خوبی تایید شده است.