Všetci poznáme a milujeme Higgsov bozón, ktorý je v múzeu fyzikov omylom označený ako „božská častica“ - subatomická častica, ktorá sa prvýkrát objavila vo veľkom hadrónovom zrážači (LHC) už v roku 2012. Táto častica je kúsok poľa, ktoré preniká celým časopriestorom; interaguje s mnohými časticami, ako sú elektróny a kvarky, čím poskytuje časticiam masu, čo je celkom v pohode.
Ale Higgsovci, ktorých sme si všimli, bol prekvapivo ľahký. Podľa našich najlepších odhadov by to malo byť oveľa ťažšie. Toto otvára zaujímavú otázku: Iste, všimli sme si Higgsov bozón, ale bol to jediný Higgsov bozón? Venujú sa tam viac vecí, ktoré robia svoje vlastné veci?
Aj keď zatiaľ nemáme žiadne dôkazy o ťažšom Higgsovi, tím vedcov so sídlom v LHC, najväčšom atómovom fajčiari na svete, sa do tejto otázky dostáva, keď hovoríme. A hovorí sa, že keď sa protóny rozbijú vo vnútri prstencového nárazníka, z úkrytu by sa mohli vynoriť mohutné častice Higgsovcov a dokonca aj častice Higgsovcov vyrobené z rôznych typov Higgsovcov.
Ak ťažké Higgsy skutočne existujú, potom musíme prekonfigurovať naše chápanie štandardného modelu fyziky častíc pomocou novoobjavenej realizácie, že Higgsovi je oveľa viac, ako sa stretáva s okom. A v rámci týchto komplexných interakcií by mohlo existovať vodítko k všetkému, od hmoty strašidelných neutrínových častíc až po konečný osud vesmíru.
Všetko o bozóne
Bez Higgsovho bozónu sa skoro celý štandardný model zrúti. Ale aby sme hovorili o Higgsovom bozóne, musíme najprv pochopiť, ako štandardný model vníma vesmír.
V našej najlepšej koncepcii subatomárneho sveta pomocou štandardného modelu nie sú to, čo považujeme za častice, v skutočnosti veľmi dôležité. Namiesto toho existujú polia. Tieto polia prenikajú a nasávajú všetok priestor a čas. Pre každý druh častice existuje jedno pole. Takže existuje pole pre elektróny, pole pre fotóny atď. A tak ďalej. To, čo považujete za častice, sú skutočne malé lokálne vibrácie v ich konkrétnych poliach. A keď častice interagujú (povedzme, odrážajú sa od seba), sú to skutočne vibrácie v poliach, ktoré robia veľmi komplikovaný tanec.
Higgsov bozón má špeciálne pole. Rovnako ako ostatné polia prenikajú celým priestorom a časom a tiež sa môžu rozprávať a hrať sa s poliami všetkých ostatných.
Higgsove pole však má dve veľmi dôležité úlohy, ktoré nemôže dosiahnuť žiadna iná oblasť.
Jeho prvou úlohou je hovoriť s bozónmi W a Z (cez ich príslušné polia), nosičmi slabej jadrovej sily. Higgs tým, že sa porozpráva s týmito ďalšími bozónmi, je schopný im dať hmotu a zabezpečiť, aby zostali oddelené od fotónov, nosičov elektromagnetickej sily. Bez zásahu Higgsovho bozónu by sa všetci títo nositelia spojili a tieto dve sily by sa spojili.
Ďalšou úlohou Higgsovho bozónu je hovoriť s inými časticami, ako sú elektróny; Prostredníctvom týchto rozhovorov im tiež dáva omši. Toto všetko funguje dobre, pretože nemáme iný spôsob, ako vysvetliť masy týchto častíc.
Ľahké a ťažké
Toto všetko bolo vypracované v 60. rokoch minulého storočia pomocou série komplikovaných, ale iste elegantných matematických postupov, ale existuje len jedno malé spojenie s teóriou: Neexistuje skutočný spôsob, ako predpovedať presnú hmotnosť Higgsovho bozónu. Inými slovami, keď idete hľadať časticu (čo je malá lokálna vibrácia oveľa väčšieho poľa) v zrážači častíc, presne neviete, čo a kde ju nájdete.
V roku 2012 vedci na LHC oznámili objav Higgsovho bozónu po tom, ako našli niekoľko častíc, ktoré predstavujú Higgsov pole, ktoré vznikli, keď sa protóny rozdrvili na seba rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla. Tieto častice mali hmotnosť 125 gigaelektronvoltov (GeV) alebo približne 125 protónov - je to tak trochu ťažké, ale nie neuveriteľne obrovské.
Na prvý pohľad to znie dobre. Fyzici vlastne nemali pevnú predpoveď pre hmotnosť Higgsovho bozónu, takže to mohlo byť čokoľvek, čím chce byť; náhodou sme našli hmotu v energetickom rozsahu LHC. Prelomte bublinu a začnime oslavovať.
Až na to, že existujú váhavé polovičné predpovede o hmote Higgsovho bozónu založené na spôsobe, akým interaguje s ďalšou časticou, top kvarkom. Tieto výpočty predpovedajú číslo vyššie ako 125 GeV. Mohlo by to byť tak, že tieto predpovede sú zlé, ale potom musíme krúžiť späť k matematike a zistiť, kde sa veci deje. Alebo nesúlad medzi širokými predpoveďami a skutočnosťou toho, čo sa našlo vo vnútri LHC, by mohol znamenať, že príbeh Higgsovho bozónu má viac.
Obrovské Higgs
Veľmi dobre by tam mohla byť celá škála Higgsových bozónov, ktoré sú príliš ťažké na to, aby sme videli s našou súčasnou generáciou zrážačov častíc. (Hmota-energia sa vracia k Einsteinovej slávnej rovnici E = mc ^ 2, ktorá ukazuje, že energia je hmota a hmota je energia. Čím vyššia je hmotnosť častice, tým viac energie má a tým viac energie potrebuje na vytvorenie toho statného vec.)
V skutočnosti niektoré špekulatívne teórie, ktoré posúvajú naše vedomosti z fyziky nad rámec štandardného modelu, predpovedajú existenciu týchto ťažkých Higgsových bozónov. Presná povaha týchto ďalších Higgsových znakov závisí samozrejme od teórie, siahajúc od jednoduchého jedného alebo dvoch extra ťažkých Higgsových polí až po zložené štruktúry vyrobené z viacerých rôznych druhov Higgsových bozónov, ktoré sú zlepené.
Teoretici sa usilovne snažia nájsť akýkoľvek možný spôsob testovania týchto teórií, pretože väčšina z nich je jednoducho neprístupná súčasným experimentom. V nedávnom dokumente, ktorý bol predložený časopisu Fyzika vysokých energií a publikovaný online v časopise arXiv, tím fyzikov predložil návrh na hľadanie existencie ďalších Higgsových bozónov na základe zvláštneho spôsobu, akým by sa častice mohli rozpadnúť. ľahšie a ľahšie rozpoznateľné častice, ako sú elektróny, neutrína a fotóny. Tieto rozpady sú však mimoriadne zriedkavé, takže zatiaľ čo ich môžeme v zásade nájsť s LHC, bude trvať oveľa viac rokov, než sa zhromaždí dostatok údajov.
Pokiaľ ide o ťažké Higgs, musíme byť trpezliví.
