Mēs visi zinām un mīlam Higsa bozonu - kas fiziķu šausmām plašsaziņas līdzekļos ir kļūdaini atzīmēts kā “Dieva daļiņa” - subatomiska daļiņa, kas pirmo reizi tika pamanīta Lielajā hadronu sadursmē (LHC) 2012. gadā. Šī daļiņa ir gabals lauka, kas caurstrāvo visu telpas laiku; tas mijiedarbojas ar daudzām daļiņām, piemēram, elektroniem un kvarkiem, nodrošinot šīm daļiņām masu, kas ir diezgan forša.
Bet mūsu pamanītais Higss bija pārsteidzoši viegls. Pēc mūsu labākajiem aprēķiniem tam vajadzēja būt daudz smagākam. Tas paver interesantu jautājumu: Protams, mēs pamanījām Higsa bozonu, bet vai tas bija vienīgais Higsa bozons? Vai tur vairāk peld apkārt, darot savas lietas?
Lai gan mums vēl nav pierādījumu par smagāku Higsu, pētnieku grupa, kas atrodas LHC, pasaules lielākajā atomu iznīcinātājā, padziļināti apsver šo jautājumu. Un tur ir saruna, ka protoniem sašķeļoties gredzenveida sadursmes iekšpusē, slēpjoties varētu iznākt dūšīgais Higsa un pat Higsa daļiņas, kas sastāv no dažāda veida Higsa.
Ja smagais Higss patiešām pastāv, tad mums ir jāpārkonfigurē mūsu izpratne par daļiņu fizikas standarta modeli ar jaunatklātu apzināšanos, ka Higgss ir daudz vairāk, nekā acīmredzams. Un šajās sarežģītajās mijiedarbībās varētu būt atrodams viss, sākot no spocīgo neitrīno daļiņu masas līdz Visuma galīgajam liktenim.
Viss par bozonu
Bez Higsa bozona gandrīz viss standarta modelis sabrūk. Bet, lai runātu par Higsa bozonu, mums vispirms ir jāsaprot, kā standarta modelis uztver Visumu.
Labākajā priekšstatā par subatomisko pasauli, izmantojot standarta modeli, tas, ko mēs domājam par daļiņām, patiesībā nav īpaši svarīgi. Tā vietā ir lauki. Šie lauki caurstrāvo un absorbē visu telpu un laiku. Katram daļiņu veidam ir viens lauks. Tātad, tur ir lauks elektroniem, lauks fotoniem utt. Un tā tālāk. Tas, ko jūs domājat par daļiņām, ir patiešām nelielas lokālas vibrācijas to īpašajos laukos. Un, kad daļiņas mijiedarbojas (teiksim, atlecot viena no otras), patiešām vibrācijas laukos veic ļoti sarežģītu deju.
Higsa bozonam ir īpaša veida lauks. Tāpat kā citi lauki, tas caurstrāvo visu telpu un laiku, kā arī ļauj sarunāties un spēlēties ar visiem citiem laukiem.
Bet Higsa laukam ir divi ļoti svarīgi darbi, ko nevar paveikt neviens cits.
Tās pirmais uzdevums ir sarunāties ar W un Z bozoniem (caur to attiecīgajiem laukiem), vājo kodolieroču nesējiem. Runājot ar šiem citiem bozoniem, Higss spēj viņiem dot masu un pārliecināties, ka viņi paliek atdalīti no fotoniem - elektromagnētiskā spēka nesējiem. Bez Higsa bozona darbības traucējumiem visi šie nesēji tiks apvienoti kopā un šie divi spēki saplūdīs.
Otrs Higsa boza uzdevums ir sarunāties ar citām daļiņām, piemēram, elektroniem; caur šīm sarunām tas viņiem arī dod masu. Tas viss izdodas labi, jo mums nav citu iespēju izskaidrot šo daļiņu masas.
Viegls un smags
Tas viss tika izstrādāts sešdesmitajos gados, izmantojot virkni sarežģītas, bet pārliecinoši elegantas matemātikas, taču teorijai ir tikai viens niecīgs aizķeršanās: Nav īsta paņēmiena, kā paredzēt precīzu Higsa bozona masu. Citiem vārdiem sakot, kad jūs meklējat daļiņu (kas ir daudz lielāka lauka mazā lokālā vibrācija) daļiņu sadursmē, jūs precīzi nezināt, ko un kur jūs atradīsit.
2012. gadā LHC zinātnieki paziņoja par Higsa bozona atklāšanu pēc tam, kad tika atrasti daži no daļiņiem, kas attēlo Higsa lauku, kad tika sarauti protoni gandrīz gaismas ātrumā. Šo daļiņu masa bija 125 gigaelektronvolti (GeV) vai aptuveni ekvivalenta 125 protoniem - tātad tā ir smaga, bet ne neticami milzīga.
No pirmā acu uzmetiena viss, kas izklausās lieliski. Fizikiem īsti nebija stingru prognožu par Higsa boza masu, tāpēc tas varēja būt jebkurš, kas vēlas; mums gadījās atrast masu LHC enerģijas diapazonā. Izlauziet burbuļojošo un sāksim svinēt.
Izņemot to, ka ir dažas vilcinošas, veida veida prognozes par Higsa boza masu, pamatojoties uz veidu, kā tā mijiedarbojas ar vēl vienu daļiņu - augšējo kvarku. Šie aprēķini paredz vairāk nekā 125 GeV skaitli. Varētu vienkārši būt, ka šīs prognozes ir nepareizas, bet tad mums ir jākļūst atpakaļ uz matemātiku un jāizdomā, kur viss notiek. Vai neatbilstība starp plašajām prognozēm un to, kas tika atrasta LHC, varētu nozīmēt, ka tur ir vairāk Higsa bozona stāsta.
Milzīgs Higss
Ļoti labi, ka tur varētu būt vesela virkne Higsa bozonu, kas ir pārāk smagi, lai mēs varētu redzēt to ar mūsu pašreizējo daļiņu sadursmju paaudzi. (Masas enerģijas lieta atgriežas pie Einšteina slavenā E = mc ^ 2 vienādojuma, kas parāda, ka enerģija ir masa un masa ir enerģija. Jo augstāka ir daļiņas masa, jo vairāk enerģijas tai ir un jo vairāk enerģijas nepieciešams, lai izveidotu šo dūšīgo lieta.)
Faktiski dažas spekulatīvas teorijas, kas izspiež mūsu zināšanas par fiziku ārpus standarta modeļa, prognozē šo smago Higsa bozonu esamību. Precīzs šo papildu Higsa rakstzīmju raksturs ir atkarīgs no teorijas, protams, sākot no viena vai diviem īpaši smagiem Higsa laukiem līdz pat saliktām struktūrām, kas izgatavotas no vairākiem dažāda veida Higsa bozoniem, kas ir salikti kopā.
Teorētiķi smagi strādā, cenšoties atrast iespējamo veidu, kā pārbaudīt šīs teorijas, jo vairumam no tiem pašreizējie eksperimenti vienkārši nav pieejami. Nesenā rakstā, kas iesniegts žurnālā High Energy Physics un publicēts tiešsaistē pirmsdrukas žurnālā arXiv, fiziķu komanda ir izvirzījusi priekšlikumu meklēt vairāk Higsa bozonu, pamatojoties uz īpatnējo veidu, kā daļiņas varētu sadalīties vieglākas, vieglāk atpazīstamas daļiņas, piemēram, elektroni, neitrīni un fotoni. Tomēr šie pagrimumi ir ārkārtīgi reti, tāpēc, lai arī principā mēs tos varam atrast LHC, būs nepieciešami vēl daudz gadi, lai meklētu pietiekami daudz datu.
Kad runa ir par smago Higsi, mums vienkārši būs jābūt pacietīgiem.
