Mes visi žinome ir mylime Higso bozoną - kuris fizikų nusivylimui žiniasklaidoje buvo klaidingai pažymėtas kaip „Dievo dalelė“ - subatominė dalelė, pirmą kartą pastebėta dideliame hadronų kollideryje (LHC) dar 2012 m. Ši dalelė yra gabalas lauko, persmelkiančio visą erdvės laiką; jis sąveikauja su daugeliu dalelių, tokių kaip elektronai ir kvarkai, suteikdamas toms dalelėms masę, o tai yra gana vėsu.
Bet mūsų pastebėtas Higsas buvo stebėtinai lengvas. Mūsų geriausiu vertinimu, ji turėjo būti daug sunkesnė. Tai atveria įdomų klausimą: aišku, mes pastebėjome Higso bozoną, bet ar tai buvo vienintelis Higso bozonas? Ar yra daugiau ten plūduriuojančių, atliekančių savo reikalus?
Nors dar neturime įrodymų apie sunkesnį Higgsą, tyrėjų komanda, įsikūrusi LHC, didžiausiame pasaulyje atominių medžiagų sunaikintoju, gilinasi į šį klausimą, kai kalbame. Ir šnekama, kad protonams sutriuškinus žiedo formos kolliderį, slepiantis gali išeiti sunkus Higso ir netgi Higso dalelės, sudarytos iš įvairių tipų Higso.
Jei sunkusis Higgsas iš tikrųjų egzistuoja, tada turime iš naujo suderinti savo supratimą apie standartinį dalelių fizikos modelį su naujai suvokiamu, kad Higgso yra kur kas daugiau, nei nustemba akis. Tose sudėtingose sąveikose gali būti užuomina apie viską nuo vaiduokliškų neutrinų dalelių masės iki galutinio visatos likimo.
Viskas apie bozoną
Be Higso bozono, beveik visas standartinis modelis sugenda. Bet norėdami kalbėti apie Higso bozoną, pirmiausia turime suprasti, kaip standartinis modelis mato visatą.
Geriausiai suvokdami subatominį pasaulį, naudojant standartinį modelį, tai, ką mes manome kaip daleles, iš tikrųjų nėra labai svarbu. Vietoj to yra laukai. Šie laukai prasiskverbia ir sugeria visą erdvę ir laiką. Kiekvienai dalelių rūšiai yra vienas laukas. Taigi, yra laukas elektronams, laukas fotonams ir tt ir taip toliau. Tai, ką jūs manote apie daleles, yra tikrai maža vietinė vibracija tam tikruose jų laukuose. O kai dalelės sąveikauja (tarkime, atsimušdamos viena nuo kitos), tai tikrai vibracija laukuose daro labai sudėtingą šokį.
Higso bozonas turi ypatingą lauko tipą. Kaip ir kiti laukai, jis persmelkia visą erdvę ir laiką, taip pat turi galimybę kalbėti ir žaisti su visų kitų laukais.
Tačiau Higgso srityje yra du labai svarbūs darbai, kurių negali pasiekti jokia kita sritis.
Pirmasis jos darbas yra susikalbėti su W ir Z bozonais (per atitinkamus laukus), silpnos branduolinės jėgos nešiotojais. Kalbėdamasis su šiais kitais boonais, Higsas sugeba suteikti jiems masę ir įsitikinti, kad jie lieka atskirti nuo fotonų, elektromagnetinės jėgos nešėjų. Be Higso bozono veikimo trukdžių visi šie nešėjai būtų sujungti ir tos dvi jėgos susijungtų kartu.
Kitas Higso bozono darbas yra susikalbėti su kitomis dalelėmis, tokiomis kaip elektronai; per šiuos pokalbius tai taip pat suteikia jiems masės. Visa tai gražiai pavyksta, nes mes neturime kito būdo paaiškinti šių dalelių mases.
Lengvas ir sunkus
Visa tai buvo išsiaiškinta septintajame dešimtmetyje pasitelkiant sudėtingą, bet užtikrintai elegantišką matematiką, tačiau teorijoje yra tik vienas mažas užuominas: Nėra tikro būdo numatyti tikslią Higso bozono masę. Kitaip tariant, kai jūs einate dalelių susidūrime ieškoti dalelės (kuri yra daug mažesnio lauko maža vietinė vibracija), jūs tiksliai nežinote, ką ir kur ją rasite.
2012 m. LHC mokslininkai paskelbė atradę Higso bozoną, kai buvo rastos kelios dalelės, vaizduojančios Higso lauką, kai protonai buvo sutriuškinti vienas į kitą šviesos greičiu. Šių dalelių masė buvo 125 gigaelektronvoltų (GeV) arba maždaug lygi 125 protonų ekvivalentui - taigi, ji yra sunki, tačiau nėra neįtikėtinai didžiulė.
Iš pirmo žvilgsnio viskas atrodo gerai. Fizikai iš tikrųjų neturėjo tvirtos prognozės apie Higso bozono masę, todėl ji galėjo būti kokia tik nori; radome masę LHC energijos diapazone. Išpūskite burbulą ir pradėkime švęsti.
Išskyrus tai, kad yra keletas neabejotinų, pusiau prognozių apie Higso bozono masę, atsižvelgiant į tai, kaip ji sąveikauja su dar viena dalele - viršutine kvarku. Šie skaičiavimai prognozuoja, kad skaičius bus didesnis nei 125 GeV. Gali būti, kad tos prognozės yra klaidingos, bet tada turime atsigręžti į matematiką ir išsiaiškinti, kur viskas vyksta. Arba plačių prognozių neatitikimas to, kas buvo LHC viduje, gali reikšti, kad Higgso bozono istorijoje yra daugiau.
Didžiulis Higsas
Čia gali būti daugybė Higso bozonų, kurie yra per sunkūs, kad galėtume pamatyti su dabartine dalelių susidūrėjų karta. (Masės ir energijos dalykas grįžta į garsiąją Einšteino E = mc ^ 2 lygtį, parodančią, kad energija yra masė, o masė yra energija. Kuo didesnė dalelės masė, tuo daugiau energijos ji turi ir tuo daugiau energijos reikia kuriant tą sunkią. dalykas.)
Tiesą sakant, kai kurios spekuliacinės teorijos, perkeliančios mūsų fizikos žinias už standartinio modelio ribų, numato šių sunkiųjų Higso bozonų egzistavimą. Tikslus šių papildomų Higgso simbolių pobūdis priklauso nuo teorijos, be abejo, pradedant bet kur - nuo vieno ar dviejų ypač sunkių Higso laukų iki net kompozicinių struktūrų, sudarytų iš kelių skirtingų Higgso bozonų rūšių, įstrigusių kartu.
Teoretikai sunkiai dirba, norėdami rasti bet kokį būdą išbandyti šias teorijas, nes dauguma jų yra tiesiog neprieinami dabartiniams eksperimentams. Neseniai paskelbtame dokumente „Aukštosios energijos fizikos žurnalas“ ir internete paskelbtame prieš spausdinimo žurnale „ArXiv“ fizikų komanda pateikė pasiūlymą ieškoti daugiau Higso bozonų, atsižvelgiant į tai, kaip dalelės gali suskaidyti į lengvesnės, lengviau atpažįstamos dalelės, tokios kaip elektronai, neutrinai ir fotonai. Tačiau šie skilimai yra labai reti, taigi, nors iš principo juos galime rasti LHC, prireiks dar daug metų, norint surinkti pakankamai duomenų.
Kalbant apie sunkųjį Higsą, mes tiesiog turėsime būti kantrūs.
