Cu toții cunoaștem și iubim bosonul Higgs - care pentru chagrinul fizicienilor a fost greșit etichetat în mass-media drept „particula lui Dumnezeu” - o particulă subatomică observată pentru prima dată în Colizorul de Hadroni Mari (LHC) din 2012. Acea particulă este o piesă a unui câmp care pătrunde în tot spațiul-timp; acesta interacționează cu multe particule, cum ar fi electronii și quark-urile, oferind aceste particule masă, care este destul de mișto.
Dar Higgs-ul pe care l-am văzut a fost surprinzător de ușor. Conform celor mai bune estimări ale noastre, ar fi trebuit să fie mult mai greu. Aceasta deschide o întrebare interesantă: Sigur, am descoperit un boson Higgs, dar era singurul boson Higgs? Există mai multe plutitoare pe acolo care își fac propriile lucruri?
Deși nu avem încă dovezi despre un Higgs mai greu, o echipă de cercetători cu sediul la LHC, cel mai mare distrugător de atomi din lume, este săpată în această întrebare în timp ce vorbim. Și se vorbește despre faptul că, pe măsură ce protonii se împletesc în interiorul colizorului în formă de inel, particule Higgs și chiar particule Higgs formate din diferite tipuri de Higgs ar putea ieși din ascunzătoare.
Dacă într-adevăr greșii Higgs există, atunci trebuie să reconfigurăm înțelegerea modelului standard al fizicii particulelor cu noua înțelegere că există mult mai mult pentru Higgs decât pentru ochi. Și în aceste interacțiuni complexe, s-ar putea să existe un indiciu asupra a totul, de la masa particulei de neutrino fantomatică la soarta finală a universului.
Tot despre boson
Fără bosonul Higgs, întregul model standard vine să se prăbușească. Dar pentru a vorbi despre bosonul Higgs, mai întâi trebuie să înțelegem modul în care Modelul Standard privește universul.
În cea mai bună concepție a noastră despre lumea subatomică, folosind modelul standard, ceea ce considerăm particule nu sunt de fapt foarte importante. În schimb, sunt câmpuri. Aceste câmpuri pătrund și absorb toate spațiul și timpul. Există un câmp pentru fiecare fel de particule. Deci, există un câmp pentru electroni, un câmp pentru fotoni și așa mai departe. Ceea ce credeți ca particule sunt cu adevărat mici vibrații locale în câmpurile lor particulare. Și atunci când particulele interacționează (spunem, sărind între ele), într-adevăr vibrațiile din câmpuri fac un dans foarte complicat.
Bosonul Higgs are un fel de câmp special. Ca și celelalte câmpuri, pătrunde în tot spațiul și timpul și, de asemenea, ajunge să vorbească și să se joace cu câmpurile celorlalți.
Dar câmpul Higgs are două lucrări foarte importante de făcut, care nu pot fi realizate de niciun alt domeniu.
Primul său loc de muncă este să vorbească cu bosonii W și Z (prin câmpurile respective), purtătorii forței nucleare slabe. Vorbind cu acești alți bosoni, Higgs-ul este capabil să le ofere masă și să se asigure că vor rămâne despărțiți de fotoni, purtătorii forței electromagnetice. Fără interferența din bosonul Higgs, toți acești transportatori ar fi îmbinați împreună și cele două forțe s-ar contopi.
Cealaltă meserie a bosonului Higgs este de a vorbi cu alte particule, cum ar fi electronii; prin aceste conversații, le oferă și masă. Toate acestea funcționează frumos, deoarece nu avem altă modalitate de a explica masele acestor particule.
Ușoare și grele
Toate acestea au fost elaborate în anii '60 printr-o serie de matematici complicate, dar sigur de elegante, dar există doar un singur mic acces la teorie: nu există o modalitate reală de a prezice masa exactă a bosonului Higgs. Cu alte cuvinte, atunci când mergi în căutarea particulei (care este mica vibrație locală a câmpului mult mai mare) într-un colector de particule, nu știi exact ce și unde o vei găsi.
În 2012, oamenii de știință de la LHC au anunțat descoperirea bosonului Higgs, după ce au găsit câteva dintre particulele care reprezintă câmpul Higgs au fost produse atunci când protonii au fost distruși unul în celălalt la o viteză aproape de lumină. Aceste particule aveau o masă de 125 gigaelectronvolți (GeV), sau aproximativ echivalentul a 125 de protoni - deci este cam greoi, dar nu incredibil de mare.
La prima vedere, tot ce sună bine. Fizicienii nu aveau cu adevărat o predicție fermă pentru masa bosonului Higgs, deci ar putea fi orice ar fi dorit; s-a întâmplat să găsim masa în limita energetică a LHC. Rupeți bubuitul și haideți să începem sărbătorile.
Cu excepția existenței unor predicții șovăitoare, fel de fel de jumătate despre jumătatea bosonului Higgs, pe baza modului în care acesta interacționează cu încă o particulă, quark-ul de sus. Aceste calcule prezic un număr mai mare de 125 GeV. S-ar putea ca acele predicții să fie greșite, dar atunci trebuie să facem un cerc înapoi la matematică și să ne dăm seama unde se întâmplă lucrurile. Sau nepotrivirea dintre previziuni largi și realitatea a ceea ce a fost găsit în LHC ar putea însemna că există mai mult pentru povestea bosonului Higgs.
Uriași Higgs
S-ar putea foarte bine să existe o multitudine de bosoni Higgs acolo, care sunt prea grele pentru a vedea cu generația noastră actuală de colizori de particule. (Lucrul cu energia de masă se întoarce la faimoasa ecuație E = mc ^ 2 a lui Einstein, care arată că energia este masa și masa este energie. Cu cât este mai mare masa unei particule, cu atât mai multă energie are și cu atât mai multă energie este necesară pentru a crea această greutate. lucru.)
De fapt, unele teorii speculative care ne împing cunoștințele de fizică dincolo de Modelul Standard prevăd existența acestor grei bosoni Higgs. Natura exactă a acestor caractere suplimentare Higgs depinde, desigur, de teorie, de la pur și simplu unul sau două câmpuri Higgs extra-grele, chiar și la structuri compuse formate din mai multe tipuri diferite de bosoni Higgs lipiți între ele.
Teoreticienii se ocupă cu greu de a încerca să găsească orice modalitate posibilă de a testa aceste teorii, deoarece majoritatea sunt pur și simplu inaccesibile experimentelor actuale. Într-o lucrare recentă trimisă către Journal of High Energy Physics și publicată online în jurnalul preprint arXiv, o echipă de fizicieni a avansat o propunere de a căuta existența mai multor bosoni Higgs, pe baza modului particular de participare a particulelor. particule mai ușoare, mai ușor de recunoscut, cum ar fi electronii, neutrinii și fotonii. Cu toate acestea, aceste decăderi sunt extrem de rare, astfel că, în timp ce, în principiu, le putem găsi cu LHC, va fi nevoie de mai mulți ani de căutare pentru a colecta suficiente date.
Când vine vorba de Higgs-ul greu, va trebui să avem răbdare.
