A sötét anyag rejtélyének megoldása lehet a Higgs-bozon rokona.
Miután egy évet töltöttek felfedezésük igazolásával, a Boston College fizikusai által vezetett interdiszciplináris kutatócsoport a Nature hasábjain közölte, hogy felfedeztek egy új részecskét. A részecske neve axiális Higgs-mód és a Higgs-bozon mágneses változata.
A CERN Nagy Hadronütköztetőjének ATLAS és CMS detektora éppen egy évtizede fedezték fel a Higgs-bozont. A részecskefizika standard modellje szerint a mindenütt jelen lévő mezők fluktuációjából előálló részecskék közvetítik a világegyetem alapvető erőit: az elektromágnesességet a fotonok, az atommagok bomlását irányító gyenge kölcsönhatást a nehéz W- és Z-bozonok. Kezdetben ez a két erő egy volt, de ahogy az univerzum hűlt, a W- és Z-bozonoknak tömegük lett, és másképp kezdtek viselkedni, mint a fotonok. Ezt a folyamatot szimmetriatörésnek nevezzük. Honnan jött a tömeg? A bozonok egy új dologgal, a Higgs-mezővel találkoztak, amelynek rezgései Higgs-bozonok formájában tömeget kölcsönöztek nekik.
Az új részecske felfedezéséhez nagy meglepetésre nem volt szükség óriási részecskegyorsítóra.
Az axiális Higgs-bozont egy asztali optikai kísérlet során fedeztük fel, egy egyszer egy méteres asztalon, egy különleges tulajdonságú anyag vizsgálata közben
– ismertette Kenneth Burch fizikaprofesszor, a kutatás vezetője.
A Boston College kutatói RTe3-at, vagyis ritkaföldfém-tritelluridot vizsgáltak, amely egy kétdimenziós kristálystruktúrával rendelkező kvantumanyag. A kísérletet óriási mágnesek és különleges hűtés nélkül, szobahőmérsékleten végezték.
A RTe3-ban az elektronok hullámba rendeződnek, a töltés így periodikusan növekszik és csökken
– magyarázta Burch.
A kutatók a töltéssel rendelkező hullámok modulálásával kísérleteztek. Egy adott színű lézerrel világították meg az anyagot, majd alacsonyabb frekvenciájú fényre váltottak. Az új Higgs-részecskék a színváltás okozta energiaveszteség hatására jöttek létre. Amikor az anyagot elforgatva megváltoztatták a polarizációt, a töltéshullámok perdülete megváltozott. A megfigyelt új részecske a tengely mentén forgatva mágneses vagy nem mágneses tulajdonságot mutatott.
A részecskefizika korábban már megjósolta az axiális Higgs létezését, sőt a világegyetem tömegének 85 százalékáért felelős, jelenleg ismeretlen helyen tartózkodó sötét anyagot is megmagyarázták vele. Ez az első alkalom, hogy sikerült megfigyelni a részecskét, egyben ez az első kísérlet, amelyben a tudósok többszörös szimmetriatöréssel találkoztak. A két dolog együtt jó hír a fizika jelenlegi állása szempontjából, vagyis nem állítja a feje tetejére a tudományt.
Az alapgondolat, hogy a sötét anyag megmagyarázásához olyan elmélet kell, amely egyezik a részecsketudomány jelenlegi kísérleti eredményeivel, viszont olyan részecske is kell hozzá, amelyet eddig nem ismertünk
– mutatott rá Burch.
Az axiális Higgs egy olyan meglepetés, ami megfelel ezeknek a kritériumoknak.