Boson Higgs

Sabtu, 4 Februari 2012 - Tahun 1964, tiga makalah diajukan oleh tiga kelompok ilmuan yang memprediksikan adanya Boson Higgs sebagai penjelasan atas masalah runtuh simetri. Dalam perayaan ulang tahun ke-50 jurnal Physical Review Letters, ketiga makalah ini dinyatakan sebagai makalah paling penting yang diterbitkan jurnal tersebut. Keenam fisikawan yang mengajukannya dianugerahi Anugerah JJ Sakurai untuk Fisika Partikel Teoritis tahun 2010.

---

Partikel boson Higgs adalah kuantum dari medan Higgs teoritis. Dalam ruang kosong, medan Higgs memiliki selisih amplitudo dari nol, yangdisebut nilai harapan vakum tak nol. Keberadaan harapan vakum tak nol ini berperan penting; ia memberi massa pada setiap partikel dasar yang terkopel dengan medan Higgs, termasuk boson Higgs itu sendiri. Perolehan nilai harapan vakum tak nol secara spontan meruntuhkan simetri gaug listrik lemah. Ini disebut mekanisme Higgs, yaitu proses paling sederhana yang mampu memberikan massa pada boson gaug sambil tetap sejalan dengan teori gaug. Medan ini dapat dibayangkan dengan kolam melase yang menempel pada partikel dasar tanpa massa yang bergerak di medan ini, mengubahnya menjadi partikel bermassa yang membentuk (misalnya) komponen-komponen atom.

Pada tahun 2000, data yang dikumpulkan penumbuk LEP di CERN memungkinkan batas bawah eksperimental di set untuk massa boson Higgs Model Standar yaitu 114,4 GeV/c² pada tingkat keyakinan 95%. Eksperimen yang sama menghasilkan sejumlah kecil peristiwa yang dapat ditafsirkan disebabkan oleh boson Higgs dengan massa sedikit di atas nilai ini – sekitar 115 GeV – namun jumlah peristiwa tersebut tidak cukup untuk menarik kesimpulan pasti. LEP ditutup tahun 2000 untuk pembangunan penerusnya, LHC, yang diharapkan mampu mengkonfirmasi atau menolak eksistensi boson Higgs. Mode operasi penuh ditunda hingga pertengahan November 2009, karena kesalahan serius yang ditemukan pada sejumlah magnet saat fase kalibrasi dan set-up.

Di fasiltas Tevatron milik Fermilab, berjalan eksperimen mencari boson Higgs. Pada juli 2010, data kombinasi dari eksperimen CDF dan DØ di Tevatron cukup untuk membuang boson Higgs pada jangkauan 156 GeV/c² – 177 GeV/c² pada tingkat keyakinan 90%. Pengumpulan data dan analisis dalam pencarian Higgs meningkat sejak 30 Maret 2010 ketika LHC mulai beroperasi pada 3.5 TeV. Hasil awal dari eksperimen ATLAS dan CMS di LHC bulan Juli 2011 membuang boson Higgs Model Standar pada jangkauan massa 156 GeV/c² – 177 GeV/c², pada tingkat keyakinan 95%.

Bulan Agustus 2011, boson Higgs pernah didaku terdeteksi tapi hal ini tidak terkonfirmasi secara eksperimen, padahal banyak usaha telah dilakukan dalam eksperimen akselerator di CERN dan Fermilab.

Bertahun-tahun sejak boson Higgs diajukan, beberapa alternatif atas mekanisme Higgs telah diajukan. Semua mekanisme yang diajukan ini menggunakan dinamika berinteraksi kuat untuk menghasilkan nilai harapan vakum yang memecah simetri listrik lemah. Mekanisme alternatif ini antara lain:

• Technicolor, sebuah kelas model yang berusaha meniru dinamika gaya kuat sebagai cara memecah simetri listrik lemah
• Model tanpa Higgs ekstra dimensional dimana peran medan Higgs dimainkan oleh komponen kelima medan gaug
• Model Abbott-Farhi dengan boson vektor W dan Z komposit
• Teori kondensasi quark top dimana medan Higgs skalar fundamental digantikan oleh medan komposit terdiri dari quark top dan antiquarknya
• Model braid partikel Model Standar oleh Sundance Bilson-Thompson yang sesuai dengan gravitasi kuantum loop dan teori-teori sejenis

Referensi

1.  “American Physical Society – J. J. Sakurai Prize Winners”.
2. “CERN management confirms new LHC restart schedule”. CERN Press Office. 9 February 2009.
3. “CERN reports on progress towards LHC restart”. CERN Press Office. 19 June 2009.
4. “Combined Standard Model Higgs Boson Searches in pp Collisions at root-s = 7 TeV with the ATLAS Experiment at the LHC”. 24 July 2011. ATLAS-CONF-2011-112.
5. “Search for standard model Higgs boson in pp collisions at sqrt{s}=7 TeV”. 23 July 2011. CMS-PAS-HIG-11-011.
6. Bilson-Thompson, Sundance O.; Markopoulou, Fotini; Smolin, Lee (2007). “Quantum gravity and the standard model”. Class. Quantum Grav. 24 (16): 3975–3993.
7. C. Csaki and C. Grojean and L. Pilo and J. Terning (2004). “Towards a realistic model of Higgsless electroweak symmetry breaking”. Physical Review Letters 92 (10): 101802.
8. CERN Bulletin Issue No. 18-20/2010 – Monday 3 May 2010
9. L. F. Abbott and E. Farhi (1981). “Are the Weak Interactions Strong?”. Physics Letters B 101: 69.
10. Physical Review Letters – 50th Anniversary Milestone Papers. Physical Review Letters.
11. S. Dimopoulos and Leonard Susskind (1979). “Mass Without Scalars”. Nuclear Physics B 155: 237–252.
12. Scientists present first “bread-and-butter” results from LHC collisions Symmetry Breaking, 8 June 2010
13. The CDF & D0 Collaborations (27 July 2011). “Combined CDF and D0 Upper Limits on Standard Model Higgs Boson Production with up to 8.6 fb-1 of Data”.

W.-M. Yao et al. (2006). Searches for Higgs Bosons “Review of Particle Physics”. Journal of Physics G 33: 1.