O poszukiwaniu Higgsa - poza medialne uproszczenia i mity

Jest to krótkie, w kilku punktach, podsumowanie informacji głównie z paru artykułów wymienionych na końcu. Są po angielsku, czasem długie, ale IMO zrozumiałe i warte przeczytania (przynajmniej te pogrubione).

1. Wbrew obiegowej opinii celem Wielkiego Zderzacza Hadronów nie jest odnalezienie bozonu Higgsa. To tylko droga do właściwego celu - zrozumienia jaka jest natura pola Higgsa.
2. Pole Higgsa jest konieczne, by matematyka w Modelu Standardowym miała sens i w tej czy innej formie musi istnieć. To ono, a nie bozon Higgsa per se, jest odpowiedzialne za posiadanie masy przez inne cząsteczki - konkretnie fakt, że w przeciwieństwie do innych pól, jego wartość w próżni nie jest zerowa (posiada tzw. vacuum expectation value - vev). Nie wymaga ono nawet bozonu Higgsa, z tego powodu, że to tylko zbiorcza nazwa na mnóstwo możliwych rzeczy. Wiadomo, że istnieje pole o niezerowej wartości w próżni, nadające masę i nazwano je polem Higgsa - jaka jest jego natura i czy istnieje jakiś bozon Higgsa, nie wiadomo.
3. Bozon Higgsa, o którym się ciągle słyszy to wersja przewidywana przez Model Standardowy. Jest to bardzo nudna wersja, w której istnieje jedno elementarne pole Higgsa i jeden bozon. Taka wersja zostanie potwierdzona lub ostatecznie wykluczona w przyszłym roku (podczas seminarium 13 grudnia podobno jeszcze nie będzie żadnych definitywnych informacji w tym zakresie).
4. Gdyby jednak świat był ciekawszy (istnieje wiele pól Higgsa z wieloma bozonami / pole Higgsa nie jest elementarne i składa się z innych pól / nieznane cząsteczki i oddziaływania zmieniają sposób rozpadu bozonu Higgsa / bozon Higgsa nie istnieje etc.) i w przyszłym roku okazałoby się, że najprostszy bozon Higgsa nie istnieje, w żadnym razie nie oznacza to porażki LHC.
   Wtedy dopiero rozkręca się nauka, do której ta maszyna została stworzona i zebranie danych potrzebnych do przeanalizowania innych możliwych form pola i bozonu Higgsa może zająć czas rzędu 10 lat.
   Wystarczy drobna zmiana w stylu dodatkowego bozonu Higgsa albo dodatkowej cząsteczki, na którą się rozpada (np. wchodzącej w skład ciemnej materii) i w tej sytuacji ciągle może on mieć masę, którą już wykluczono dla najnudniejszej wersji, a wykluczenie jej wymagać będzie jeszcze więcej danych.
   
5. Wszystko z powodu, w jaki Higgsa jest poszukiwany - obserwuje się cząsteczki na jakie się rozpada (np. dwa fotony, dwa bozony Z etc.). Mierzy się ilość takich rozpadów, a po odjęciu udziału w niej rozpadów znanych cząstek (czyli tła), otrzymuje się informacje o nieznanej cząstce. Nadmiar odpowiadający bozonowi Higgsa (czyli sygnał) będzie różny w zależności od jego masy i natury. A im mniejszy sygnał i niepewne oszacowanie tła, tym większa ilość danych jest potrzebna.
   
6. Może się też okazać, że początkowy zaobserwowany bozon Higgsa wyglądający jak nudna wersja, w rzeczywistości jest tylko podobnym do niej elementem ciekawszej układanki np. 2 lub 5 Higgsów.
7. Ten sławny bozon Higgsa, nawet jeśli jest jeden, ma trójkę rodzeństwa, która jest "zjadana" przez bozony W+, W- i Z (przenoszące oddziaływanie słabe, tak jak np. fotony przenoszą oddziaływanie elektromagnetyczne), nadając im masę w ramach tzw. mechanizmu Higgsa. W świecie, w którym pole Higgsa miałoby zerową energię w próżni, te 3 cząsteczki istniałyby osobno.
   
8. W sprawie samego seminarium 13 grudnia, na razie można się opierać tylko na plotkach, ale wszystko wskazuje, że jakikolwiek tytuł "odkryto Higgsa" będzie po nim nieuzasadniony - mają pojawić się informacje o zaobserwowaniu sygnału, ale z niewystarczającą pewnością by ogłaszać odkrycie. Do tego w fizyce cząstek potrzeba pewności 5-sigma, a więc 99.99994%, a z plotek wynika, że będą to okolice 3-sigma, a więc 99.73% (wydaje się dużo, ale przy olbrzymiej ilości danych w tej dziedzinie nauki, obserwacje o takiej pewności często pojawiają się zupełnie losowo). Co w sumie niewiele zmieni obecną sytuację, jedynie zwiększając pewność do co obserwowanego sygnału, ale ciągle będzie to tylko ciekawa obserwacja. Ważniejszą informacją z tego seminarium będą zapewne wykluczenia możliwości istnienia nudnego bozonu Higgsa o kolejnych masach.

Źródła:

The Higgs FAQ 1.0
Implications of Higgs Searches (as of 9/2011)
Why 10 Years To Be Sure There’s No Higgs Particle(s)?
Higgs and the vacuum: Viva la “vev”
A diagrammatic hint of masses from the Higgs
The Known Particles — If The Higgs Field Were Zero
Why The Hints of Higgs Currently Rest on Uncertain Ground
Who ate the Higgs?