Vlastnosti Higgsova bosonu jsou možná spojeny s existencí našeho vesmíru

Nedávné měření úhlového rozložení polarizace kosmického mikrovlnného reliktního záření, které se uskutečnilo v rámci antarktického experimentu BICEP2, poskytlo teoretickým kosmologům nová data pro jejich modely vzniku vesmíru. Podle nich je možné, že krátce po Velkém třesku patrně nebyl ještě vesmír dostatečně stabilní a mohl velice snadno a rychle zkolabovat.

Velká úloha ohledně stability nově zrozeného vesmíru je spojena s tzv. Higgsovým polem, což je matematický objekt, který v rámci kvantové teorie popisuje vlastnosti před dvěma roky objevené klíčové částice - Higgsova bosonu.

Higgsův boson byl sice již dávno teoreticky předpovězen jako základní stavební částice vesmíru, avšak teprve díky potenciálu velkého hadronového urychlovače (Large Hadron Collider - LHC) se jej podařilo v polovině roku 2012 poprvé detekovat. Jeho role v rámci takzvaného Standardního modelu elementárních částic tkví zejména v tom, že “přiřazuje” všem ostatním částicím jejich konkrétní hmotnost. 

Pokud však měníme v rámci fyzikálních modelů některé vlastnosti tohoto Higgsova pole, má to velké následky pro stabilitu vakua a tedy i celého vesmíru. Kritická doba vývoje vesmíru se soustřeďuje do období tzv. inflační fáze, kdy se celý nám známý vesmír náhle jakoby nafoukl na mnohem větší objem. Během neuvěřitelně malého zlomku sekundy se tehdy vesmír rozepjal na o mnoho řádů větší útvar, čímž umožnil existenci vesmíru v takové podobě, jakou vidíme dnes. 

Dva britští fyzikové z Kings College London (Malcolm Fairbairn a Robert Hogan) počítali modely této inflační fáze v souvislosti s parametry Higgsova pole. Vynesli si do grafu stabilitu vakua jako funkci hustoty energie Higgsova pole, která byla v tomto období obrovská a navíc byla vystavena velkým náhodným výchylkám. Zjistili, že systém se sice během inflační fáze nacházel v mělkém “údolí stability”, ale od oblasti velké nestability, a tedy od možnosti kolapsu, ho odděloval jen jeden sousední “kopec”, který bylo možno během tohoto nestabilního období díky možným velkým fluktuacím energetické hustoty celkem snadno překonat. 

Buď tedy náš vesmír (a my s ním) existuje jen díky poměrně značné náhodě a souhře okolností, nebo tehdy na fundamentální fyzikální úrovni zafungovaly ještě nějaké další stabilizační mechanismy, které doposud neznáme nebo je zatím nemáme prozkoumány. Oba vědci mluví v této souvislosti například o přímém párování Higgsova a inflatonového pole nebo o nenulové teplotě při rozptylu energie ve vesmíru. Pak je zde ovšem ještě možnost, že dosavadní interpretace výsledků experimentu BICEP2 je chybná a situace nebyla tak “horká” a nestabilní. O chybnosti interpretace experimentu BICEP2 je totiž v současné době přesvědčeno poměrně dost vědců a bude tedy třeba provést ještě řadu dalších nezávislých měření v oblasti kosmického mikrovlnného reliktního záření, než se dobereme k jistějším závěrům o rané fázi vývoje vesmíru. 

Zdroje: Phys.Org, Physical Review Letters, arXiv (PDF), Český Rozhlas 

Autor:  Pavel Vachtl