V preprostem jeziku: Higgs boson - kaj je to?

Z enostavnimi izrazi je Higgsov bozon najcenejši delček doslej. Če je za odkritje elektronov, na primer, je bilo dovolj vakuumske cevi in ​​par briljantnih umov, iskanje Higgsovega bozona je zahtevalo ustvarjanje eksperimentalne energije, ki jo redko vidiš na Zemlji. Large Hadron Collider ne potrebuje reprezentacije, ki je eden od najbolj znanih in uspešnih znanstvenih eksperimentov, vendar je njegov profilni delec, kot prej, v večini prebivalcev zakrita skrivnost. Imenovan je bil Božji delec, vendar pa zahvaljujoč prizadevanjem dobesedno na tisoče znanstvenikov ne moremo več sprejeti svojega obstoja na veri.

Zadnja neznana

Kaj je Higgs boson in kakšen je pomen njenega odkritja? Zakaj je postal predmet toliko hype, financiranja in dezinformacije? Iz dveh razlogov. Prvič, to je bil zadnji neodkrit delec, potreben za potrditev standardnega modela fizike. Njegovo odprtje je pomenilo, da celotna generacija znanstvenih publikacij ni bila zaman. Drugič, ta bozon daje drugim delcem svojo maso, kar ji daje poseben pomen in nekaj "magije". Smo ponavadi mislili na mase kot na lastno lastnost stvari, toda fiziki mislijo drugače. Z enostavnimi izrazi je Higgsov bozon delec, brez katerega mase načeloma ne obstajajo.

Drugo polje

Razlog je v tako imenovanem Higgsovem polju. Opisano je bilo pred Higgsovim bozonom, saj so ga fiziki izračunali za potrebe svojih teorij in opazovanj, ki zahtevajo novo polje, katerega delovanje bi razširilo na celotno vesolje. Okrepitev hipotez z izumom novih komponent vesolja je nevarna. Na primer, v preteklosti je to pripeljalo do nastanka etrske teorije. Toda bolj matematični izračuni so bili izvedeni, več fizikov je spoznalo, da bi bilo treba v Higgsovem polju dejansko obstajati. Edini problem je bil pomanjkanje praktičnih priložnosti za njegovo opazovanje.

V standardnem modelu fizike elementarni delci prejemajo množico s pomočjo mehanizma, ki temelji na obstoju Higgsove polja, ki prežema ves prostor. Ustvarja Higgsove bozone, ki zahtevajo veliko energije, in to je glavni razlog, zakaj znanstveniki potrebujejo sodobne pospeševalnike pospeševalcev za izvajanje visokoenergetskih eksperimentov.

Od kod prihaja masa?

Moč šibkih jedrskih interakcij se z vedno večjo razdaljo hitro zmanjšuje. Po kvantni teoriji polja, to pomeni, da so delci, ki sodelujejo pri njegovem ustvarjanju - mora imeti maso, za razliko od fotonov in gluoni, ki nimajo maso - za W- in Z-bozonov.

Težava je v tem, da teorije merilnika delujejo le brez mnogovrstnih elementov. Če ima merilnik bozonov maso, potem takšne hipoteze ni mogoče razumno določiti. Mehanizem Higgsa se izogne ​​temu problemu z uvedbo novega polja, imenovanega Higgsovo polje. Pri visokih energijah merilniki bozonov nimajo mase, hipoteza pa deluje po pričakovanjih. Pri nizkih energijah polje povzroča razbijanje simetrije, ki elementom omogoča maso.

Kaj je Higgsov bozon?

Higgsovo polje ustvarja delce, imenovane Higgsove bozone. Teorija ne določa njihove mase, vendar je kot rezultat poskusa ugotovljeno, da je enaka 125 GeV. Z enostavnimi izrazi je Higgsov bozon s svojim obstojem končno potrdil standardni model.

Mehanizem, polje in bozon imata ime škotskega znanstvenika Peter Higgsa. Čeprav ni bil prvi, ki je predlagal te koncepte, in, kot se pogosto zgodi v fiziki, se je izkazalo, da je v čast, kateremu so bili poimenovani.

Razbijanje simetrije

Verjeli so, da je Higgsovo polje odgovorno za dejstvo, da delci, ki nimajo mase, ne bi smeli posedovati. To je univerzalni medij, ki daje delce brez mase z različnimi masami. Takšen zlom simetrije pripisati po analogiji s svetlobno - vse valovne dolžine v vakuumu premakniti z enako hitrostjo v vsaki prizma isti valovni dolžini jih je mogoče pripisati. To, seveda, nepravilne analogiji, saj bela svetloba vsebuje vse valovne dolžine, vendar je primer kaže, kako ustvariti pogoje zastopa množični Higgsov simetrija s kršitvijo. Prizma zlomi simetrijo hitrosti različne valovne dolžine svetlobe, ki jih ločuje, in Higgs polje je verjel, da zlom simetrije mase nekateri delci ki sicer simetrično zanemarljivo maso.

Kako v preprostem jeziku razložiti Higgsov bozon? Šele pred kratkim so fiziki spoznali, da če Higgsovo polje obstaja, bo njegovo delovanje zahtevalo prisotnost ustreznega nosilca z lastnostmi, ki jih je mogoče opaziti. Predpostavljalo se je, da ta delec pripada bozonom. Higgsov boson je preprost jezik - to je tako imenovana nosilna sila, enaka kot fotoni, ki so nosilci elektromagnetnega polja vesolja. Fotoni so v določenem smislu njeni lokalni vzbudi na enak način, kot je Higgsov bozon lokalni vzbujanje svojega polja. Dokaz o obstoju delca z lastnostmi, ki jih pričakujejo fiziki, je bil dejansko enakovreden neposrednemu dokazu o obstoju polja.

Poskusi

Veliko let načrtovanja je omogočilo, da je Large Hadron Collider (LHC) postal eksperiment, ki bi lahko ogrozil teorijo Higgsove bozone. 27-kilometrski obroč super-močnih elektromagnetov lahko pospeši nabite delce v znatne razsežnosti hitrost svetlobe, kar povzroča trčenja zadostne sile, da jih razdeli na komponente, in tudi deformirati prostor okoli točke udarca. Ocenjuje se, da ko se je do trčenja energije dovolj visoki ravni lahko zaračuna bozon, tako da bo prekinil in jo bo viden. Ta energija je bila tako velika, da so nekateri celo panika in napovedal konec sveta, in drugi prodajajo fantazijo, tako da je bilo odkritje Higgsovega bozona je opisano kot pogled v alternativno dimenzijo.

Končna potrditev

Zdi se, da so začetna opazovanja dejansko ovrgla napovedi in nobenega dokaza o delcih ni bilo. Nekateri raziskovalci, ki so sodelovali v kampanji za porabo milijard dolarjev, so se celo pojavili na televiziji in ponižno izjavili, da je opustitev znanstvene teorije enako pomembna kot njegova potrditev. Čez nekaj časa so se meritve začele oblikovati in 14. marca 2013 je CERN uradno napovedal obstoj delca. Obstajajo razlogi za domnevo, da obstaja več bozonov, vendar pa ta ideja potrebuje nadaljnje študije.

Dve leti po tem, ko je CERN napovedal odkritje delcev, bi to lahko potrdili znanstveniki, ki so delali na Large Hadron Collider. Po eni strani je to postalo velika zmaga za znanost, na drugi strani pa so bili mnogi znanstveniki razočarani. Če je kdo upal, da bi bil Higgsov bozon delec, ki bo privedla do nenavadne in presenetljive območij zunaj standardnega modela - supersimetriji, temno snov, temno energijo - da, žal, to ni bilo tako.

Študija, objavljena v Nature Physics, je potrdila propad v fermije. Standardni model napoveduje, da je zgolj Higgsov bozon delec, ki daje fermionom svojo maso. Detektor collider detektorjev je končno potrdil njihovo razpadanje v fermije-nižje kvarke in tau-leptone.

Higgsov bozon v preprostem jeziku: kaj je to?

Ta študija je končno potrdila, da je to Higgsov bozon, ki ga predvideva standardni model fizike osnovnih delcev. To se nahaja v območju množično energijo 125 GeV, nima spin, in lahko razpade v množico svetlobnih elementov - .. Od parov fotonov, fermione itd Zaradi tega smo lahko z gotovostjo rečemo, da je Higgsov bozon, preprost jezik, govor, delec , ki daje veliko vsega.

Razočarana je bila standardna obnašanje novo odkritega elementa. Če bi bil njegov razpad nekoliko drugačen, bi bil drugače povezan z fermionimi, in nastale nove smeri raziskav. Po drugi strani to pomeni, da nismo premaknili le enega koraka izven standardnega modela, ki ne upošteva gravitacije, temne energije, temne snovi in ​​drugih bizarnih pojavov realnosti.

Sedaj lahko samo uganeš, kaj so povzročili. Najbolj priljubljena teorija je supersimetrija, ki trdi, da ima vsaka delčnost standardnega modela neverjetno močan superpartner (kar predstavlja 23% vesolja - temna snov). Posodobitev koledarja s podvojevanjem energije trka do 13 TeV, verjetno, bo omogočila odkrivanje teh superdelik. V nasprotnem primeru bo supersimetrija morala počakati na izgradnjo močnejšega naslednika LHC.

Nadaljnje perspektive

Torej, kakšna bo fizika po Higgsovem bozonu? LHC je pred kratkim nadaljeval svoje delo s pomembnimi izboljšavami in je lahko videl vse od antimaterije do temne energije. Verjamemo, da temna snov Je povezana z normalno samo s pomočjo gravitacije in z ustvarjanjem množic, in vrednost Higgsov bozon je ključen za razumevanje, kako to deluje. Glavna pomanjkljivost standardnega modela je, da ne morejo šteti za vpliv težnosti - tak model bi lahko imenovali Veliki enotno teorijo - in nekateri verjamejo, da lahko delcev in polje Higgsov je most, ki fizika tako obupno poskuša najti.

Ugotovili smo obstoj Higgsovega bozona, vendar je še vedno zelo daleč od njenega polnega razumevanja. Ali bodo prihodnji poskusi ovrgli supersimetrijo in zamisel o njegovem razkroju v temno snov? Ali pa bodo vse, kar najverjetneje potrdili, do najmanjših podrobnosti, napovedi standardnega modela o lastnostih Higgsovega bozona in s tem raziskovalnim področjem končali za vedno?