Vsi poznamo in ljubimo Higgsov bozon - ki je bil na zgražanje fizikov v medijih napačno označen kot "božji delček" - subatomski delec, ki je bil prvič opažen v Velikem hadronskem trku (LHC) leta 2012. Ta delček je del polja, ki prežema ves prostor-čas; Ta interakcija deluje s številnimi delci, kot so elektroni in kvarki, kar zagotavlja delcem maso, kar je precej kul.
Toda Higgs, ki smo ga opazili, je bil presenetljivo lahek. Po naših najboljših ocenah bi moralo biti veliko težje. To odpira zanimivo vprašanje: Seveda, opazili smo Higgsov bozon, a je bil to edini Higgsov bozon? Ali tam več lebdi, da delajo svoje stvari?
Čeprav še nimamo dokazov o težjem Higgsu, se skupina raziskovalcev s sedeža na LHC, največjem razbijaču atomov na svetu, ukvarja s tem vprašanjem. In govorimo o tem, da se lahko protoni, ko se protoni zdrobijo znotraj obroča v obliki trkalnika, zakrijejo zajetni Higgsovi in celo Higgsovi delci, sestavljeni iz različnih vrst Higgsov.
Če težki Higg resnično obstaja, moramo spremeniti svoje razumevanje Standardnega modela fizike delcev z novo ugotovljeno, da je Higgsov veliko več, kot jih vidi oko. In znotraj teh zapletenih interakcij bi lahko obstajal namig na vse, od mase duhovitih nevtrinskih delcev do končne usode vesolja.
Vse o bozonu
Brez Higgsovega bozona se skoraj celoten standardni model zruši. Da pa govorimo o Higgsovem bozonu, moramo najprej razumeti, kako standardni model gleda na vesolje.
V našem najboljšem pojmovanju subatomskega sveta s standardnim modelom tisto, za kar mislimo, da je delček, pravzaprav ni zelo pomembno. Namesto tega so polja. Ta polja prežemajo in vpijajo ves prostor in čas. Za vsako vrsto delcev obstaja eno polje. Torej, obstaja polje za elektrone, polje za fotone in tako naprej in tako naprej. Kar si predstavljate kot delce, so resnično lokalne majhne vibracije na njihovih določenih področjih. In ko delci medsebojno delujejo (tako, da se recimo odbijejo drug od drugega), resnično vibracije na poljih igrajo zelo zapleten ples.
Higgsov bozon ima posebno vrsto polja. Tako kot druga polja prežema ves prostor in čas, tudi z njo se pogovarjamo in igramo.
Toda Higgsovo polje ima dve zelo pomembni nalogi, ki ju ne more doseči nobeno drugo področje.
Njegova prva naloga je pogovor z bozoni W in Z (prek njunih polj), nosilci šibke jedrske sile. S pogovorom s temi drugimi bozoni jim lahko Higgs dodeli maso in poskrbi, da ostanejo ločeni od fotonov, nosilcev elektromagnetne sile. Brez oviranja Higgsovega bozona bi se vsi ti nosilci združili in ti dve sili bi se združili.
Druga naloga Higgsovega bozona je govoriti z drugimi delci, kot so elektroni; s pomočjo teh pogovorov jim daje tudi množičnost. Vse to se lepo obnese, saj nimamo drugega načina, kako bi razložili mase teh delcev.
Lahka in težka
Vse to so v šestdesetih letih prejšnjega stoletja izpopolnili s serijo zapletene, a zanesljivo elegantne matematike, vendar je teorija le ena drobna teža: ni resničnega načina napovedovanja natančne mase Higgsovega bozona. Z drugimi besedami, ko iščete delec (kar je majhna lokalna vibracija veliko večjega polja) v trkalcu delcev, ne veste točno, kaj in kje ga boste našli.
Leta 2012 so znanstveniki na LHC napovedali odkritje Higgsovega bozona, potem ko so našli nekaj delcev, ki predstavljajo Higgsovo polje, ko so se protoni med skoraj svetlobno hitrostjo med seboj razbili. Ti delci so imeli maso 125 gigaelektronvoltov (GeV) ali približno enakovredno 125 protonov - tako da so nekako težki, a ne neverjetno ogromni.
Na prvi pogled se vse sliši v redu. Fiziki v resnici niso imeli zanesljive napovedi za maso Higgsovega bozona, tako da bi lahko bilo to, kar bi želel biti; slučajno smo našli maso v energijskem območju LHC. Izlomi mehurček in začnimo praznovati.
Razen tega, da obstajajo nekatera obotavljajoča, nekakšna, napol napovedana masa Higgsovega bozona, ki temelji na načinu njegovega interakcije s še enim delcem, zgornjim kvarkom. Ti izračuni napovedujejo več kot 125 GeV. Lahko bi bilo, da so te napovedi napačne, toda potem se moramo vrniti k matematiki in ugotoviti, kam gredo stvari na plano. Ali pa bo neskladje med širokimi napovedmi in resničnostjo tega, kar smo našli znotraj LHC, lahko pomenilo, da je zgodba o Higgsovem bozonu še več.
Ogromni Higgs
Zelo dobro bi lahko obstajala cela množica Higgsovih bozonov, ki so pretežki, da bi jih videli s svojo sedanjo generacijo trkalcev delcev. (Stvar z maso in energijo sega v Einsteinovo znamenito enačbo E = mc ^ 2, iz katere je razvidno, da je energija masa in masa je energija. Višja kot je masa delcev, več energije ima in več energije potrebuje za ustvarjanje tega zajetnega stvar.)
Pravzaprav nekatere špekulativne teorije, ki gnajo naše znanje fizike onkraj standardnega modela, napovedujejo obstoj teh težkih Higgsovih bozonov. Natančna narava teh dodatnih Higgsovih likov je seveda odvisna od teorije, ki sega vse od preprosto enega ali dveh ekstra težkih Higgsovih polj do celo sestavljenih struktur, sestavljenih iz več različnih vrst Higgsovih bozonov.
Teoretiki trdo delajo in poskušajo najti kakršen koli način za preizkušanje teh teorij, saj je večina njih preprosto nedostopna trenutnim poskusom. V nedavnem prispevku, ki je bil objavljen v Journal of High Energy Physics in objavljen na spletu v reviji za tisk arXiv, je skupina fizikov izpostavila predlog za iskanje obstoja več Higgsovih bozonov na podlagi posebnega načina, na katerega bi delci lahko razpadli lažji, lažje prepoznavni delci, kot so elektroni, nevtrini in fotoni. Vendar so ti razpadi izjemno redki, tako da bomo, čeprav jih bomo načeloma našli pri LHC, potrebovali še veliko let, da bomo zbrali dovolj podatkov.
Ko gre za težkega Higgsa, bomo samo potrpežljivi.
