In eenvoudige terme is die Higgs-boson die duurste deeltjie van alle tye. As byvoorbeeld 'n vakuumbuis en 'n paar briljante geeste genoeg was om die elektron te ontdek, het die soektog na die Higgs-boson die skepping van eksperimentele energie vereis, wat selde op Aarde gevind word. Die Groot Hadron Collider het geen bekendstelling nodig nie, aangesien dit een van die bekendste en suksesvolste wetenskaplike eksperimente is, maar sy profieldeeltjie, soos voorheen, is vir die meeste van die bevolking in geheimsinnigheid gehul. Dit is 'n God-deeltjie genoem, maar danksy die pogings van letterlik duisende wetenskaplikes hoef ons nie meer die bestaan daarvan op geloof te aanvaar nie.
Laaste onbekend
Wat is die Higgs-boson en wat is die belangrikheid van die ontdekking daarvan? Hoekom het dit die onderwerp geword van soveel hype, befondsing en verkeerde inligting? Om twee redes. Eerstens was dit die laaste onontdekte deeltjie wat nodig was om die Standaardmodel van fisika te bevestig. Haar ontdekking het beteken dat 'n hele generasie wetenskaplike publikasies nie tevergeefs was nie. Tweedens gee hierdie boson ander deeltjies hul massa, wat dit 'n spesiale betekenis en 'n bietjie "magic" gee. Ons is geneig om na te dinkmassa as 'n intrinsieke eienskap van dinge, maar fisici dink anders. In eenvoudige terme is die Higgs-boson 'n deeltjie waarsonder massa in beginsel nie bestaan nie.
Nog een veld
Die rede lê in die sogenaamde Higgs-veld. Dit is selfs voor die Higgs-boson beskryf, omdat fisici dit vir die behoeftes van hul eie teorieë en waarnemings bereken het, wat die teenwoordigheid van 'n nuwe veld vereis het, waarvan die werking na die hele Heelal sou strek. Om hipoteses te versterk deur nuwe komponente van die heelal uit te vind is gevaarlik. In die verlede het dit byvoorbeeld gelei tot die skepping van die eter-teorie. Maar hoe meer wiskundige berekeninge gemaak is, hoe meer het fisici verstaan dat die Higgs-veld in werklikheid moet bestaan. Die enigste probleem was die gebrek aan praktiese maniere om hom waar te neem.
In die Standaardmodel van fisika kry elementêre deeltjies massa deur 'n meganisme wat gebaseer is op die bestaan van die Higgs-veld wat die hele ruimte deurdring. Dit skep Higgs-bosone, wat baie energie verg, en dit is die hoofrede waarom wetenskaplikes moderne deeltjieversnellers nodig het om hoë-energie-eksperimente uit te voer.
Waar kom massa vandaan?
Die sterkte van swak kerninteraksies neem vinnig af met toenemende afstand. Volgens kwantumveldteorie beteken dit dat die deeltjies wat by die skepping daarvan betrokke is - W- en Z-bosone - massa moet hê, anders as gluone en fotone, wat geen massa het nie.
Die probleem is dat peilteorieë net oor massalose elemente handel. As die meterbosone massa het, kan so 'n hipotese nie redelik gedefinieer word nie. Die Higgs-meganisme vermy hierdie probleem deur 'n nuwe veld bekend te stel wat die Higgs-veld genoem word. By hoë energieë het meterbosone geen massa nie, en die hipotese werk soos verwag. By lae energieë veroorsaak die veld 'n simmetriebreuk wat elemente toelaat om massa te hê.
Wat is die Higgs-boson?
Die Higgs-veld produseer deeltjies wat Higgs-bosone genoem word. Hul massa word nie deur teorie gespesifiseer nie, maar as gevolg van die eksperiment is vasgestel dat dit gelyk is aan 125 GeV. In eenvoudige terme het die Higgs-boson die Standaardmodel met sy bestaan definitief bevestig.
Meganisme, veld en boson dra die naam van die Skotse wetenskaplike Peter Higgs. Alhoewel hy nie die eerste was wat hierdie konsepte voorgestel het nie, maar, soos dikwels die geval in fisika, was hy eenvoudig die een na wie hulle vernoem is.
Gebreekte simmetrie
Daar word gedink dat die Higgs-veld verantwoordelik is vir die feit dat deeltjies wat nie massa behoort te hê nie. Dit is 'n universele medium wat massalose deeltjies met verskillende massas gee. So 'n skending van simmetrie word deur analogie met lig verduidelik - alle golflengtes beweeg in vakuum met dieselfde spoed, terwyl in 'n prisma elke golflengte onderskei kan word. Dit is natuurlik 'n verkeerde analogie, aangesien wit lig alle golflengtes bevat, maar die voorbeeld wys hoedie skepping van massa deur die Higgs-veld blyk te wees as gevolg van simmetrie-breek. 'n Prisma breek die simmetrie van die spoed van verskillende golflengtes van lig deur hulle te skei, en die Higgs-veld breek vermoedelik die simmetrie van die massas van sommige deeltjies wat andersins simmetries massaloos is.
Hoe om die Higgs-boson in eenvoudige terme te verduidelik? Eers onlangs het fisici besef dat as die Higgs-veld werklik bestaan, die werking daarvan die teenwoordigheid van 'n gepaste draer sal vereis met eienskappe waardeur dit waargeneem kan word. Daar is aanvaar dat hierdie deeltjie aan bosone behoort. In eenvoudige terme is die Higgs-boson die sogenaamde draerkrag, dieselfde as fotone, wat draers is van die elektromagnetiese veld van die Heelal. Fotone, in 'n sekere sin, is sy plaaslike opwekking, net soos die Higgs-boson 'n plaaslike opwekking van sy veld is. Om die bestaan van 'n deeltjie te bewys met die eienskappe wat deur fisici verwag word, was in werklikheid gelykstaande aan die direkte bewys van die bestaan van 'n veld.
Eksperiment
Baie jare se beplanning het die Large Hadron Collider (LHC) toegelaat om 'n bewys te word van 'n moontlike weerlegging van die Higgs-boson-teorie.’n Ring van 27 km van super-kragtige elektromagnete kan gelaaide deeltjies versnel tot aansienlike fraksies van die spoed van lig, wat botsings veroorsaak wat sterk genoeg is om hulle in hul komponente te skei, asook die ruimte rondom die impakpunt vervorm. Volgens berekeninge is dit by 'n botsingsenergie van 'n voldoende hoë vlak moontlik om 'n boson te laai sodat dit verval, en dit kansal kyk. Hierdie energie was so groot dat sommige selfs paniekerig geraak het en die einde van die wêreld voorspel het, en die fantasie van ander het so ver gegaan dat die ontdekking van die Higgs-boson beskryf is as 'n geleentheid om na 'n alternatiewe dimensie te kyk.
Finale bevestiging
Aanvanklike waarnemings het gelyk of hulle die voorspellings eintlik weerlê, en geen teken van die deeltjie kon gevind word nie. Sommige van die navorsers wat betrokke was by die veldtog om miljarde dollars te bestee, het selfs op televisie verskyn en het gedwee die feit gestel dat die weerlegging van 'n wetenskaplike teorie net so belangrik is as om dit te bevestig. Na 'n ruk het die metings egter begin optel tot die groot prentjie en op 14 Maart 2013 het CERN amptelik die bevestiging van die deeltjie se bestaan aangekondig. Daar is bewyse wat dui op die bestaan van veelvuldige bosone, maar hierdie idee moet verder bestudeer word.
Twee jaar nadat CERN die ontdekking van die deeltjie aangekondig het, kon wetenskaplikes wat by die Large Hadron Collider werk, dit bevestig. Aan die een kant was dit 'n groot oorwinning vir die wetenskap, en aan die ander kant was baie wetenskaplikes teleurgesteld. As iemand gehoop het dat die Higgs-boson die deeltjie sou wees wat na vreemde en wonderlike streke buite die Standaardmodel sou lei - supersimmetrie, donker materie, donker energie - dan het dit ongelukkig geblyk nie die geval te wees nie.
'n Studie gepubliseer in Nature Physics het die verval in fermione bevestig. Die Standaardmodel voorspel dat, in eenvoudige terme, die bosonDie Higgs is die deeltjie wat aan fermione hul massa gee. Die detektor van die CMS-botser het uiteindelik hul verval in fermione bevestig - dons-kwarks en tau-leptone.
Higgs-boson in eenvoudige terme: wat is dit?
Hierdie studie het uiteindelik bevestig dat dit die Higgs-boson is wat deur die Standaardmodel van deeltjiefisika voorspel is. Dit is geleë in die massa-energie-gebied van 125 GeV, het geen spin nie, en kan in baie ligter elemente verval - pare fotone, fermione, ens. Danksy dit kan ons met vertroue sê dat die Higgs-boson, in eenvoudige terme, is 'n deeltjie wat massa aan alles gee.
Teleurgesteld met die verstekgedrag van 'n nuut oopgemaakte element. As sy verval selfs effens anders was, sou dit anders met fermion verband hou, en nuwe weë van navorsing sou na vore kom. Aan die ander kant beteken dit dat ons nie 'n enkele stap verder as die Standaardmodel beweeg het nie, wat nie swaartekrag, donker energie, donker materie en ander bisarre verskynsels van die werklikheid in ag neem nie.
Nou kan mens net raai wat hulle veroorsaak het. Die gewildste teorie is supersimmetrie, wat sê dat elke deeltjie in die Standaardmodel 'n ongelooflike swaar supermaat het (dus 23% van die heelal uitmaak - donker materie). Die opgradering van die botser, wat sy botsingsenergie tot 13 TeV verdubbel, sal dit waarskynlik moontlik maak om hierdie superdeeltjies op te spoor. Andersins sal supersimmetrie moet wag vir die bou van 'n kragtiger opvolger van die LHC.
Verdere vooruitsigte
So, hoe sal fisika wees ná die Higgs-boson? Die LHC het onlangs sy werk hervat met aansienlike verbeterings en is in staat om alles van antimaterie tot donker energie te sien. Daar word geglo dat donker materie slegs deur swaartekrag en deur die skepping van massa met gewone materie in wisselwerking tree, en die belangrikheid van die Higgs-boson is die sleutel om presies te verstaan hoe dit gebeur. Die grootste nadeel van die Standaardmodel is dat dit nie die uitwerking van swaartekrag kan verklaar nie – so 'n model kan die Grand Unified Theory genoem word – en sommige glo dat die deeltjie en die Higgs-veld die brug kan wees wat fisici so desperaat wil vind.
Die bestaan van die Higgs-boson is bevestig, maar die volle begrip daarvan is nog baie ver weg. Sal toekomstige eksperimente supersimmetrie en die idee van die ontbinding daarvan in donker materie self weerlê? Of sal hulle elke laaste detail van die Standaardmodel se voorspellings oor die eienskappe van die Higgs-boson bevestig en hierdie gebied van navorsing vir ewig beëindig?
