Na običnom jeziku: Higgs boson - što je to?

Jednostavnim riječima, Higgs boson je najskuplja čestica ikada. Ako za otkrića elektrona, na primjer, bilo je dovoljno vakuumske cijevi i par briljantnih umova, potraga za Higgsovim bonom zahtijevala je stvaranje eksperimentalne energije koju rijetko viđate na Zemlji. Veliki Hadron Collider ne treba prikazati, budući da je jedan od najpoznatijih i najuspješnijih znanstvenih eksperimenata, ali njegova čestica profila, kao i prije, u većoj se populaciji nalazi u otajstvu. Nazvana je Božjom česticom, međutim, zahvaljujući naporima doslovno tisuća znanstvenika, više ne moramo prihvatiti njegovo postojanje na vjeri.

Posljednji nepoznat

Što je Higgs boson i koja je važnost njezina otkrića? Zašto je postao predmet tolikog hipera, financiranja i dezinformacije? Iz dva razloga. Prvo, to je posljednja neotkrivena čestica potrebna za potvrdu standardnog modela fizike. Otvaranje je značilo da cijela generacija znanstvenih publikacija nije bila uzaludna. Drugo, ovaj bozo daje drugim česticama njihovu masu, što joj daje poseban značaj i neku "magiju". Mi nastojimo misliti na mase kao intrinzično svojstvo stvari, ali fizičari misle drugačije. Jednostavnim riječima, Higgsov bozon je čestica bez koje mase u načelu ne postoje.

Još jedno polje

Razlog leži u tzv. Higgs polju. Opisana je prije Higgsova bozona, budući da su ga fizičari izračunali za potrebe vlastitih teorija i promatranja koje su zahtijevale novo polje čije bi se djelovanje proširilo na cijeli svemir. Pojačanje hipoteza izumom novih komponenti svemira je opasno. Na primjer, u prošlosti je to dovelo do stvaranja teorije etera. No, više su matematičkih izračuna, više su fizičari shvatili da Higgsovo polje treba postojati u stvarnosti. Jedini problem bio je nedostatak praktičnih mogućnosti za njegovo promatranje.

U standardnom modelu fizike elementarne čestice primiti masu kroz mehanizam temeljen na postojanju Higgs polja, koji prožima cijeli prostor. On stvara Higgsove bozone, koji zahtijevaju puno energije, a to je glavni razlog zbog kojeg znanstvenici trebaju moderne akceleratore čestica za provođenje visokoenergetskih eksperimenata.

Odakle dolazi masa?

Snaga slabih nuklearnih interakcija brzo se smanjuje s povećanjem udaljenosti. Prema teoriji kvantne polja, to znači da čestice koje sudjeluju u njegovom stvaranju - W- i Z-boson - moraju imati masu, za razliku od gluona i fotona, u kojima nema mase.

Problem je u tome što teorije mjerila rade samo s elementima bez masovnog naboja. Ako baužnici imaju masu, onda se takva hipoteza ne može razumno odrediti. Higgsov mehanizam izbjegava taj problem uvođenjem novog polja, nazvanog Higgs polje. Kod visokih energija, bozoni s mjernim uređajima nemaju masu, a hipoteza funkcionira kako se očekivalo. Na niskim energijama, polje uzrokuje lomljenje simetrije, što omogućuje elementima da imaju masu.

Što je Higgsov bozon?

Polje Higgs stvara čestice nazvane Higgsove bozone. Teorija ne specificira njihovu masu, ali kao rezultat eksperimenta utvrđeno je da je jednak 125 GeV. Jednostavnim riječima, Higgs boson, po svom postojanju, konačno je potvrdio standardni model.

Mehanizam, polje i boson nose ime škotskog znanstvenika Petera Higgsa. Iako nije bio prvi koji je predložio te koncepte, i, kao što se često događa u fizici, jednostavno se pokazao u čast kome su imenovani.

Prekidanje simetrije

Smatra se da je Higgsovo polje bilo odgovorno za činjenicu da čestice koje nemaju masu ne bi trebale posjedovati. To je univerzalni medij koji osnažuje čestice bez mase s različitim masama. Takva simetrična lomljenja objašnjava se analogijom svjetlom - sve valne duljine se kreću u vakuumu s istom brzinom, pri prizmu se svaka valna duljina može razlikovati. To je, naravno, pogrešna analogija, jer bijelo svjetlo sadrži sve valne duljine, ali primjer pokazuje kako je stvaranje Higgs polja po masi zbog simetrije razbijanje. Prizma razbija simetriju brzine različitih valnih duljina svjetlosti, odvaja ih, a vjeruje se da Higgsovo polje prekida simetriju masa nekih čestica koje su inače simetrično bez masnoće.

Kako objasniti na jednostavnom jeziku Higgs boson? Tek su nedavno fizičari shvatili da ako Higgs polje postoji, njegovo djelovanje zahtijeva prisutnost odgovarajućeg prijevoznika s svojstvima pomoću kojih se može promatrati. Pretpostavljeno je da ta čestica pripada bosonima. Higgs boson je jednostavan jezik - to je takozvana snaga nosača, isto kao i fotoni, koji su nositelji elektromagnetskog polja svemira. Fotoni su, u nekom smislu, lokalni uzbuđenja na isti način kao i Higgsov boks lokalno pobuđivanje njegovog polja. Dokaz postojanja čestice s svojstvima koja očekuju fizičari zapravo je ekvivalent izravnom dokazu postojanja polja.

eksperiment

Mnogo godina planiranja dopuštalo je velikim Hadron Collider (LHC) da postane eksperiment dovoljan da potencijalno opovrgne teoriju Higgsova bozona. Prsten od 27 km prenapučenih elektromagneta može ubrzati napunjene čestice do značajnih razmjera brzina svjetlosti, uzrokujući sudare dovoljne snage da ih podijele u dijelove i također deformiraju prostor oko točke udara. Prema izračunima, kod energije sudara dovoljno visoke razine, moguće je napuniti bozon tako da se raspada i može se promatrati. Ta je energija bila toliko velika da su neki čak i panici i predvidjeli kraj svijeta, a druga je fantazija bila tako raspršena da je otkriće Higgsovog bozona opisano kao prilika za razmatranje alternativne dimenzije.

Konačna potvrda

Čini se da su početna zapažanja zapravo opovrgnula predviđanja, a nikakav dokaz čestice nije pronađen. Neki istraživači koji su sudjelovali u kampanji za trošenje milijarde dolara čak su se pojavili na televiziji i ponizno naveli činjenicu da je odbacivanje znanstvene teorije jednako važno kao i njezina potvrda. Nakon nekog vremena, mjerenja su počela da se oblikuju, a 14. ožujka 2013. CERN je službeno najavio postojanje čestice. Postoje razlozi za pretpostavku postojanja višestrukih bozona, ali ova ideja treba daljnje proučavanje.

Dvije godine nakon što je CERN objavio otkriće čestice, znanstvenici koji rade na Large Hadron Collider bi to mogli potvrditi. S jedne strane, to je postalo ogromna pobjeda za znanost, as druge, mnogi su znanstvenici bili razočarani. Ako se nadao netko da će Higgsov bozon se čestice koje će dovesti do čudnih i iznenađujućih područjima izvan Standardnog modela - supersimetrija, tamne materije, tamne energije - da, na žalost, nije bilo tako.

Studija objavljena u Nature Physics potvrdila je propadanje u fermione. Standardni model predviđa da je Higgsov bozan jednostavnim izrazom čestica koja daje fermionima njihovu masu. CMS detektor sudara konačno je potvrdio njihovo propadanje u fermione - niže kvarkove i tau leptone.

Higgs boson na običnom jeziku: što je to?

Ova je studija konačno potvrdila da je to Higgsov bozon, predviđen Standardnim modelom elementarne fizike čestica. Ona se nalazi u području masovne energije od 125 GeV, nema spin, a može raspada u mnoštvo svjetlosnih elemenata - .. parova fotona, fermiona, itd Zbog toga možemo sa sigurnošću reći da je Higgsov bozon, jednostavan jezik govore, je čestica , dajući puno svega.

Razočarano je standardno ponašanje novootkrivenog elementa. Ako bi njegova dezintegracija bila malo drugačija, on bi bio drugačije povezan s fermionima, a nastali bi novi smjerovi istraživanja. S druge strane, to znači da ne možemo imati napredni korak dalje od standardnog modela, koji ne uzima u obzir gravitaciju, tamne energije, tamne materije i drugim bizarnim fenomenima stvarnosti.

Sada možete pogoditi samo ono što su prouzročeni. Najpopularnija je teorija supersimetrija, koja tvrdi da svaka čestica standardnog modela ima nevjerojatno tešku superpartner (čineći tako 23% svemira - tamnu materiju). Ažuriranje sudara s udvostručavanjem energije sudara do 13 TeV, vjerojatno će omogućiti da otkriju ove superfaktike. Inače, supersimetrija će morati pričekati izgradnju snažnijeg nasljednika LHC-a.

Daljnje perspektive

Pa što će onda biti fizika nakon Higgsova bozona? LHC je nedavno nastavio svoj rad s značajnim poboljšanjima i može vidjeti sve od antimaterije do tamne energije. Vjeruje se tamna tvar interakciju s običnim samo gravitacijom i stvaranjem mase, a značenje Higgsovog bozona ključno je za razumijevanje točno kako se to događa. Glavni nedostatak Standardnog modela je u tome što se ne može objasniti utjecajem gravitacije - takav model bi se mogao nazvati Velikom jedinstvena teorija - a neki vjeruju da je čestica i polja Higgsov može biti most koji fizika tako očajnički pokušava pronaći.

Potvrđeno je postojanje Higgsova bozona, ali je ipak vrlo daleko od njegovog potpunog razumijevanja. Hoće li budući pokusi odbaciti supersimetriju i ideju njezine raspadanja u samu tamnu materiju? Ili će oni potvrditi sve, do najmanjih pojedinosti, predviđanja standardnog modela o svojstvima Higgsovog bozona i ovom polju istraživanja biti zauvijek završena?