Yurii Mongol
0 
2877
205
Wszyscy znamy i kochamy bozon Higgsa - który ku rozczarowaniu fizyków został omyłkowo oznaczony w mediach jako „cząstka Boga” - cząstka subatomowa po raz pierwszy zauważona w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w 2012 roku. Ta cząstka jest kawałkiem pola, które przenika całą czasoprzestrzeń; oddziałuje z wieloma cząstkami, takimi jak elektrony i kwarki, nadając tym cząstkom masę, co jest całkiem fajne.
Ale Higgs, który zauważyliśmy, był zaskakująco lekki. Według naszych najlepszych szacunków powinien być dużo cięższy. Otwiera to interesujące pytanie: Oczywiście, zauważyliśmy bozon Higgsa, ale czy był to jedyny bozon Higgsa? Czy jest tam więcej ludzi, którzy robią swoje własne rzeczy??
Chociaż nie mamy jeszcze żadnych dowodów na to, że Higgs byłby cięższy, zespół naukowców z LHC, największego na świecie niszczyciela atomów, zagłębia się w tę kwestię, gdy mówimy. I mówi się, że kiedy protony są rozbijane razem wewnątrz zderzacza w kształcie pierścienia, potężne cząstki Higgsa, a nawet cząstki Higgsa złożone z różnych typów Higgsa mogą wydostać się z ukrycia. [Poza Higgsem: 5 nieuchwytnych cząstek, które mogą czaić się we wszechświecie]
Jeśli ciężki Higgs rzeczywiście istnieje, to musimy zmienić nasze rozumienie Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych z nowo odkrytym zrozumieniem, że Higgs to znacznie więcej niż na pierwszy rzut oka. A w tych złożonych interakcjach może znajdować się wskazówka do wszystkiego, od masy upiornej cząstki neutrin do ostatecznego losu wszechświata.
Wszystko o bozonie
Bez bozonu Higgsa prawie cały Model Standardowy się zawali. Ale żeby porozmawiać o bozonie Higgsa, musimy najpierw zrozumieć, jak Model Standardowy postrzega wszechświat.
W naszej najlepszej koncepcji świata subatomowego przy użyciu Modelu Standardowego to, co uważamy za cząstki, nie jest w rzeczywistości bardzo ważne. Zamiast tego są pola. Te pola przenikają i pochłaniają całą przestrzeń i czas. Dla każdego rodzaju cząstki istnieje jedno pole. Jest więc pole dla elektronów, pole dla fotonów i tak dalej i tak dalej. To, co myślisz o cząstkach, jest tak naprawdę lokalnymi małymi wibracjami w ich poszczególnych polach. A kiedy cząsteczki oddziałują (powiedzmy odbijając się od siebie), to tak naprawdę wibracje pól wykonują bardzo skomplikowany taniec. [12 najdziwniejszych obiektów we wszechświecie]
Bozon Higgsa ma specjalny rodzaj pola. Podobnie jak inne pola, przenika całą przestrzeń i czas, a także może rozmawiać i bawić się polami innych osób.
Ale pole Higgsa ma do wykonania dwa bardzo ważne zadania, których nie może wykonać żadna inna dziedzina.
Jego pierwszym zadaniem jest rozmowa z bozonami W i Z (za pośrednictwem odpowiednich pól), nośnikami słabej siły jądrowej. Rozmawiając z innymi bozonami, Higgs jest w stanie nadać im masę i upewnić się, że pozostają one oddzielone od fotonów, nośników siły elektromagnetycznej. Bez ingerencji w bieg bozonu Higgsa wszystkie te nośniki zostałyby połączone razem, a te dwie siły połączyłyby się.
Innym zadaniem bozonu Higgsa jest rozmawianie z innymi cząstkami, takimi jak elektrony; poprzez te rozmowy nadaje im również masę. To wszystko ładnie się układa, ponieważ nie mamy innego sposobu wyjaśnienia mas tych cząstek.
Lekki i ciężki
Wszystko to zostało opracowane w latach sześćdziesiątych XX wieku za pomocą szeregu skomplikowanych, ale z pewnością eleganckich obliczeń matematycznych, ale z teorią jest tylko jeden drobny problem: nie ma prawdziwego sposobu, aby przewidzieć dokładną masę bozonu Higgsa. Innymi słowy, kiedy szukasz cząstki (która jest małą lokalną wibracją znacznie większego pola) w zderzaczu cząstek, nie wiesz dokładnie, co i gdzie ją znajdziesz. [11 najpiękniejszych równań matematycznych]
W 2012 roku naukowcy z LHC ogłosili odkrycie bozonu Higgsa po odkryciu kilku cząstek reprezentujących pole Higgsa, które powstały podczas zderzenia protonów z prędkością bliską prędkości światła. Cząsteczki te miały masę 125 gigaelektronowoltów (GeV), czyli mniej więcej równowartość 125 protonów - więc są trochę ciężkie, ale nie niesamowicie ogromne.
Na pierwszy rzut oka wszystko to brzmi dobrze. Fizycy tak naprawdę nie mieli jednoznacznych przewidywań co do masy bozonu Higgsa, więc mógł być tym, czym chciał; przypadkiem znaleźliśmy masę w zakresie energii LHC. Uwolnij się od szampana i zacznijmy świętować.
Tyle tylko, że istnieją pewne niepewne, swego rodzaju półprzewidywania dotyczące masy bozonu Higgsa, oparte na sposobie, w jaki oddziałuje on z kolejną cząstką, górnym kwarkiem. Obliczenia te przewidują liczbę znacznie wyższą niż 125 GeV. Może się zdarzyć, że te przewidywania są błędne, ale potem musimy wrócić do matematyki i dowiedzieć się, co się dzieje. Albo rozbieżność między ogólnymi przewidywaniami a rzeczywistością tego, co znaleziono wewnątrz LHC, może oznaczać, że w historii bozonu Higgsa jest coś więcej.
Ogromny Higgs
Bardzo dobrze może istnieć cała masa bozonów Higgsa, które są zbyt ciężkie, abyśmy mogli je zobaczyć przy obecnej generacji zderzaczy cząstek. (Kwestia masa-energia sięga słynnego równania Einsteina E = mc ^ 2, które pokazuje, że energia to masa, a masa to energia. Im większa masa cząstki, tym więcej energii ma i tym więcej energii potrzeba, aby stworzyć tę potężną rzecz.)
W rzeczywistości niektóre teorie spekulatywne, które wypychają naszą wiedzę z fizyki poza Model Standardowy, przewidują istnienie tych ciężkich bozonów Higgsa. Dokładna natura tych dodatkowych postaci Higgsa zależy oczywiście od teorii, od jednego lub dwóch bardzo ciężkich pól Higgsa do nawet struktur kompozytowych złożonych z wielu różnych rodzajów bozonów Higgsa sklejonych ze sobą.
Teoretycy ciężko pracują, próbując znaleźć jakikolwiek możliwy sposób przetestowania tych teorii, ponieważ większość z nich jest po prostu niedostępna dla obecnych eksperymentów. W niedawnym artykule przesłanym do Journal of High Energy Physics i opublikowanym w Internecie w czasopiśmie preprint arXiv, zespół fizyków przedstawił propozycję poszukiwania większej liczby bozonów Higgsa, opierając się na szczególnym sposobie, w jaki cząstki mogą rozpadać się na lżejsze, łatwiej rozpoznawalne cząstki, takie jak elektrony, neutrina i fotony. Jednak te rozpady są niezwykle rzadkie, więc chociaż w zasadzie możemy je znaleźć za pomocą LHC, potrzeba będzie wielu lat poszukiwań w celu zebrania wystarczającej ilości danych.
Jeśli chodzi o ciężkich Higgsów, będziemy musieli być cierpliwi.
- 7 dziwnych faktów na temat kwarków
- 18 największych nierozwiązanych tajemnic fizyki
- Od Wielkiego Wybuchu do teraźniejszości: migawki naszego wszechświata w czasie
Pierwotnie opublikowano w dniu .