Όλοι γνωρίζουμε και αγαπάμε το μποζόνιο Higgs - το οποίο στο φως των φυσικών έχει μαρκαριστεί εσφαλμένα στα μέσα ενημέρωσης ως το «σωματίδιο του Θεού» - ένα υποατομικό σωματίδιο που πρωτοεμφανίστηκε στο Large Hadron Collider (LHC) το 2012. Αυτό το σωματίδιο είναι ένα κομμάτι ενός πεδίου που διαπερνά όλο τον χωροχρόνο. αλληλεπιδρά με πολλά σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ, παρέχοντας αυτά τα σωματίδια με μάζα, η οποία είναι αρκετά δροσερή.
Αλλά το Higgs που εντοπίσαμε ήταν εκπληκτικά ελαφρύ. Σύμφωνα με τις καλύτερες εκτιμήσεις μας, θα έπρεπε να ήταν πολύ βαρύτερο. Αυτό ανοίγει μια ενδιαφέρουσα ερώτηση: Σίγουρα, εντοπίσαμε ένα μποζόνιο Higgs, αλλά ήταν το μόνο μποζόνιο Higgs; Υπάρχουν περισσότερα επιπλέουν γύρω από εκεί έξω κάνουν τα δικά τους πράγματα;
Παρόλο που δεν έχουμε ακόμη στοιχεία για έναν βαρύτερο Higgs, μια ομάδα ερευνητών που εδρεύει στο LHC, ο μεγαλύτερος αρωματοποιός του κόσμου στον κόσμο, αναδύεται σε αυτό το ερώτημα, καθώς μιλάμε. Και μιλάμε ότι καθώς τα πρωτόνια θρυμματίζονται μαζί μέσα στον δακτυλιοειδές κολλάρο, ο υβριδικός Higgs και ακόμη και σωματίδια Higgs που αποτελούνται από διάφορους τύπους Higgs θα μπορούσαν να βγουν από την απόκρυψη.
Εάν το βαρύ Higgs πράγματι υπάρχει, τότε πρέπει να επαναπροσδιορίσουμε την κατανόησή μας για το Πρότυπο Μοντέλο της Φυσικής των σωματιδίων με τη νεοσυσταθείσα συνειδητοποίηση ότι υπάρχουν πολύ περισσότερα για το Higgs από ό, τι συναντά το μάτι. Και μέσα σε αυτές τις περίπλοκες αλληλεπιδράσεις, μπορεί να υπάρχει μια ένδειξη για τα πάντα, από τη μάζα του φαινομενικού σωματιδίου του νετρίνα μέχρι την τελική μοίρα του σύμπαντος.
Όλα για το μποζόν
Χωρίς το μποζόνιο Higgs, σχεδόν ολόκληρο το Standard Model έρχεται σε συντριβή. Αλλά για να μιλήσουμε για το μποζόνιο Higgs, πρέπει πρώτα να καταλάβουμε πώς το Standard Model βλέπει το σύμπαν.
Στην καλύτερη αντίληψή μας για τον υποατομικό κόσμο χρησιμοποιώντας το Πρότυπο Μοντέλο, αυτό που θεωρούμε ως σωματίδια δεν είναι στην πραγματικότητα πολύ σημαντικό. Αντ 'αυτού, υπάρχουν πεδία. Αυτά τα πεδία διαπερνούν και απορροφούν όλο το χώρο και το χρόνο. Υπάρχει ένα πεδίο για κάθε είδος σωματιδίου. Έτσι, υπάρχει ένα πεδίο για ηλεκτρόνια, ένα πεδίο για φωτόνια, και ούτω καθεξής και ούτω καθεξής. Αυτό που σκέφτεστε ως σωματίδια είναι πραγματικά τοπικές μικρές δονήσεις στα συγκεκριμένα πεδία τους. Και όταν τα σωματίδια αλληλεπιδρούν (από, ας πούμε, αναπηδούν ο ένας από τον άλλο), είναι πραγματικά οι δονήσεις στα πεδία που κάνουν ένα πολύ περίπλοκο χορό.
Το μποζόνιο Higgs έχει ένα ιδιαίτερο είδος πεδίου. Όπως και τα άλλα πεδία, διαπερνά όλο το χώρο και το χρόνο, και παίρνει επίσης να μιλήσει και να παίξει με όλους τους άλλους τομείς.
Αλλά ο τομέας Higgs έχει δύο πολύ σημαντικές δουλειές για να το κάνει αυτό δεν μπορεί να επιτευχθεί από οποιονδήποτε άλλο τομέα.
Η πρώτη δουλειά του είναι να μιλήσει με τα μποζόνια W και Z (μέσω των αντίστοιχων πεδίων), οι φορείς της αδύναμης πυρηνικής δύναμης. Μιλώντας με αυτά τα άλλα bosons, ο Higgs είναι σε θέση να τους δώσει μάζα και να βεβαιωθεί ότι παραμένουν χωρισμένοι από τα φωτόνια, τους φορείς της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Χωρίς το παρεμβολές του μποζόν του Higgs, όλοι αυτοί οι μεταφορείς θα συγχωνευτούν και οι δύο αυτές δυνάμεις θα συγχωνευτούν.
Η άλλη δουλειά του μποζονίου Higgs είναι να μιλάει με άλλα σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια. μέσω αυτών των συνομιλιών, τους δίνει επίσης μάζα. Όλα αυτά δουλεύουν καλά, γιατί δεν έχουμε άλλο τρόπο να εξηγήσουμε τις μάζες αυτών των σωματιδίων.
Ελαφρύ και βαρύ
Όλα αυτά εξελίχθηκαν στη δεκαετία του 1960 μέσω μιας σειράς περίπλοκων αλλά σίγουρα κομψών μαθηματικών, αλλά υπάρχει μόνο ένα μικρό εμπόδιο στη θεωρία: Δεν υπάρχει πραγματικός τρόπος να προβλεφθεί η ακριβής μάζα του μποζονίου Higgs. Με άλλα λόγια, όταν ψάχνετε για το σωματίδιο (που είναι η μικρή τοπική δόνηση του πολύ μεγαλύτερου πεδίου) σε ένα σωματιδιακό πολεμικό, δεν ξέρετε ακριβώς τι και πού θα το βρείτε.
Το 2012, οι επιστήμονες στο LHC ανακοίνωσαν την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs αφού ανακάλυψαν μερικά από τα σωματίδια που αντιπροσωπεύουν το πεδίο του Higgs, όταν τα πρωτόνια σπάθονται μεταξύ τους σε σχεδόν ταχύτητα φωτός. Αυτά τα σωματίδια είχαν μάζα 125 gigaelectronvolts (GeV), ή περίπου το ισοδύναμο των 125 πρωτονίων - γι 'αυτό είναι ένα είδος βαριάς αλλά όχι απίστευτα τεράστιας.
Με την πρώτη ματιά, όλα ακούγονται καλά. Οι φυσικοί δεν είχαν πραγματικά μια πρόβλεψη για τη μάζα του μποζονίου Higgs, οπότε θα μπορούσε να είναι ό, τι θέλησε να είναι. καταλήξαμε να βρούμε τη μάζα μέσα στην ενεργειακή περιοχή του LHC. Ξεφυλλίστε το φυσαλίδες και ας αρχίσουμε να γιορτάζουμε.
Εκτός από το γεγονός ότι υπάρχουν κάποιες διστακτικές, παρόμοιες μισές προβλέψεις για τη μάζα του μποζόνιο Higgs με βάση τον τρόπο που αλληλεπιδρά με ένα ακόμα σωματίδιο, το κορυφαίο κουάρκ. Αυτοί οι υπολογισμοί προβλέπουν αριθμό υψηλότερων από 125 GeV. Θα μπορούσε να είναι ότι αυτές οι προβλέψεις είναι λάθος, αλλά στη συνέχεια πρέπει να γυρίσουμε πίσω στο μαθηματικό και να καταλάβουμε πού πηγαίνουν τα πράγματα. Ή η αναντιστοιχία μεταξύ των ευρύτερων προβλέψεων και της πραγματικότητας όσων βρέθηκαν μέσα στο LHC θα μπορούσε να σημαίνει ότι υπάρχουν περισσότερα για την ιστορία του μποζονίου Higgs.
Τεράστια Higgs
Πολύ καλά θα μπορούσε να είναι μια ολόκληρη πληθώρα από μποζόνια Higgs εκεί έξω που είναι πάρα πολύ βαρύ για να δούμε με τη σημερινή μας γενιά σωματιδίων. (Η ενέργεια μαζικής ενέργειας πηγαίνει πίσω στην περίφημη E = mc ^ 2 εξίσωση του Αϊνστάιν, που δείχνει ότι η ενέργεια είναι μάζα και η μάζα είναι ενέργεια.Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός σωματιδίου, τόσο περισσότερη ενέργεια έχει και πόση περισσότερη ενέργεια χρειάζεται για να δημιουργηθεί εκείνη η βαριά πράγμα.)
Στην πραγματικότητα, μερικές θεωρίες που προωθούν τις γνώσεις μας για τη φυσική πέρα από το Τυπικό Μοντέλο προβλέπουν την ύπαρξη αυτών των βαριών μποζόνια Higgs. Η ακριβής φύση αυτών των επιπρόσθετων χαρακτήρων Higgs εξαρτάται από τη θεωρία, φυσικά, που κυμαίνεται οπουδήποτε από απλά ένα ή δύο εξαιρετικά βαριά πεδία Higgs έως και σύνθετες δομές που κατασκευάζονται από πολλά διαφορετικά είδη μποζόνγκ Higgs κολλημένα μεταξύ τους.
Οι θεωρητικοί είναι σκληροί στη δουλειά προσπαθώντας να βρουν έναν πιθανό τρόπο για να δοκιμάσουν αυτές τις θεωρίες, αφού οι περισσότεροι από αυτούς είναι απλά απρόσιτοι στα τρέχοντα πειράματα. Σε μια πρόσφατη εργασία που υποβλήθηκε στην Εφημερίδα της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών και δημοσιεύθηκε ηλεκτρονικά στο περιοδικό preprint arXiv, μια ομάδα φυσικών έχει προωθήσει μια πρόταση για την αναζήτηση περισσότερων βοσόνων Higgs, με βάση τον ιδιόμορφο τρόπο με τον οποίο τα σωματίδια θα μπορούσαν να διασπαστούν ελαφρύτερα, πιο εύκολα αναγνωρίσιμα σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια, νετρίνα και φωτόνια. Ωστόσο, αυτές οι διασπάσεις είναι εξαιρετικά σπάνιες, έτσι ώστε, ενώ μπορούμε κατ 'αρχήν να τους βρούμε με τον LHC, θα χρειαστούν πολύ περισσότερα χρόνια αναζήτησης για να συλλέξουν αρκετά δεδομένα.
Όταν πρόκειται για το βαρύ Higgs, θα πρέπει απλώς να είμαστε υπομονετικοί.
