Hepimiz biliyoruz ve Higgs bozonunu biliyoruz ve seviyoruz - fizikçilerin çilesi medyada yanlışlıkla "Tanrı parçacığı" olarak etiketlendi - 2012'de büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) tespit edilen atomaltı bir parçacık. Bu parçacık bir parça tüm uzay-zamanına nüfuz eden bir alanın; elektronlar ve kuarklar gibi birçok parçacıkla etkileşime girerek, bu parçacıklara oldukça serin olan kütle sağlar.
Ama fark ettiğimiz Higgs şaşırtıcı derecede hafifti. En iyi tahminlerimize göre, çok daha ağır olmalıydı. Bu ilginç bir soru ortaya çıkıyor: Tabii, bir Higgs bozonu gördük, ama bu sadece Higgs bozonu muydu? Dışarıda kendi şeylerini yaparken daha fazla yüzen var mı?
Henüz daha ağır bir Higgs'e dair bir kanıtımız olmamasına rağmen, dünyanın en büyük atom parçalayıcısı olan LHC'ye dayanan bir araştırma ekibi, konuşurken bu soruyu araştırıyor. Ve protonlar halka şeklindeki çarpıştırıcının içinde bir araya getirildikçe, ağır Higgs ve hatta çeşitli Higgs türlerinden oluşan Higgs parçacıklarının saklanabileceği söyleniyor.
Eğer ağır Higgs gerçekten mevcutsa, o zaman Parçacık fiziğinin Standart Modeli hakkındaki anlayışımızı Higgs'in gözle buluştuğundan çok daha fazla şey olduğunun yeni keşfedilmesi ile yeniden yapılandırmamız gerekir. Ve bu karmaşık etkileşimler içinde, hayalet nötrino parçacığının kütlesinden evrenin nihai kaderine kadar her şey için bir ipucu olabilir.
Bozon hakkında her şey
Higgs bozonu olmadan, hemen hemen tüm Standart Model çöküyor. Ancak Higgs bozonu hakkında konuşmak için, önce Standart Modelin evreni nasıl gördüğünü anlamamız gerekir.
Standart Modeli kullanan en iyi atomaltı dünyası anlayışımızda, parçacıklar olarak düşündüğümüz şey aslında çok önemli değil. Bunun yerine alanlar var. Bu alanlar tüm yer ve zamana nüfuz eder ve emer. Her bir parçacık türü için bir alan vardır. Yani, elektronlar için bir alan, fotonlar için bir alan, vb. Var. Parçacıklar olarak düşündüğünüz şey, kendi alanlarında gerçekten yerel küçük titreşimlerdir. Parçacıklar etkileşime girdiğinde (diyelim ki, birbirlerinden zıplayarak), gerçekten çok karmaşık bir dans yapan alanlardaki titreşimlerdir.
Higgs bozonunun özel bir alanı var. Diğer alanlar gibi, tüm alan ve zamana nüfuz eder ve aynı zamanda diğer herkesin alanlarıyla konuşup oynar.
Ancak Higgs sahasının başka bir alanın başaramayacağı iki önemli işi var.
İlk işi zayıf nükleer kuvvetin taşıyıcıları olan W ve Z bozonlarıyla (kendi alanları aracılığıyla) konuşmaktır. Bu diğer bozonlarla konuşarak Higgs onlara kitle verebilir ve elektromanyetik kuvvetin taşıyıcıları olan fotonlardan ayrı kaldıklarından emin olabilir. Higgs bozonu müdahalesi olmadan, tüm bu taşıyıcılar bir araya getirilecek ve bu iki kuvvet bir araya gelecektir.
Higgs bozonunun diğer işi elektronlar gibi diğer parçacıklarla konuşmaktır; bu konuşmalar yoluyla onlara kitle kazandırır. Bunların hepsi iyi çalışıyor, çünkü bu parçacıkların kütlelerini açıklamanın başka bir yolu yok.
Hafif ve ağır
Tüm bunlar 1960'larda bir dizi karmaşık ama kesin olarak zarif matematikle çözüldü, ancak teoriye sadece küçük bir aksaklık var: Higgs bozonunun tam kütlesini tahmin etmenin gerçek bir yolu yok. Başka bir deyişle, bir parçacık çarpıştırıcısında parçacığı (çok daha büyük alanın küçük yerel titreşimi) aramaya gittiğinizde, onu ne ve nerede bulacağınızı tam olarak bilmiyorsunuz.
2012 yılında, LHC'deki bilim adamları, Higgs alanının temsil eden parçacıkların bir kısmının protonlar birbirine yakın ışık hızında birbirine çarptığında üretildiğini bulduktan sonra Higgs bozonunun keşfini açıkladılar. Bu parçacıkların kütlesi 125 gigaelektronvolt (GeV) veya yaklaşık 125 proton eşdeğeriydi - bu yüzden biraz ağır ama inanılmaz derecede büyük değil.
İlk bakışta, kulağa hoş gelen her şey. Fizikçilerin Higgs bozonunun kütlesi için kesin bir tahmini yoktu, bu yüzden olmak istediği şey olabilir; LHC'nin enerji aralığı içindeki kütleyi bulduk. Kabarcıklı olanı kır ve kutlamaya başlayalım.
Higgs bozonunun kütlesi hakkında, başka bir parçacık, üst kuark ile etkileşime girme şekline dayalı, bazı tereddütlü, türden yarım tahminler olması dışında. Bu hesaplamalar 125 GeV'den daha yüksek bir sayı öngörüyor. Sadece bu tahminler yanlış olabilir, ama sonra matematiğe geri dönüp şeylerin nereye gittiğini bulmalıyız. Veya geniş tahminler ve LHC içinde bulunanların gerçekliği arasındaki uyumsuzluk, Higgs bozonu hikayesinde daha fazlası olduğu anlamına gelebilir.
Büyük Higgs
Şu anki parçacık çarpıştırıcılarımızla göremeyeceğimiz kadar ağır olan Higgs bozonlarının bir dolu hali olabilir. (Kütle-enerji meselesi, Einstein'ın enerjinin kütle ve kütlenin enerji olduğunu gösteren ünlü E = mc ^ 2 denklemine dayanır. şey.)
Aslında, fizik bilgimizi Standart Modelin ötesine iten bazı spekülatif teoriler, bu ağır Higgs bozonlarının varlığını öngörüyor. Bu ek Higgs karakterlerinin kesin doğası, elbette, sadece bir veya iki ekstra ağır Higgs alanından, birbirine yapışmış çok çeşitli Higgs bozonlarından yapılmış kompozit yapılara bile kadar uzanan bir teoriye bağlıdır.
Teorisyenler bu teorileri test etmek için olası herhangi bir yol bulmaya çalışırken çok çalışıyorlar, çünkü çoğu mevcut deneylere erişilemiyor. Yüksek Enerji Fiziği Dergisi'ne gönderilen ve baskı öncesi arXiv dergisinde çevrimiçi olarak yayınlanan yakın tarihli bir makalede, bir fizikçi ekibi, parçacıkların çürümeye başlayabileceği tuhaf şekilde daha fazla Higgs bozonunun varlığını araştırmak için bir teklif geliştirdi. elektronlar, nötrinolar ve fotonlar gibi daha hafif, daha kolay tanınabilen parçacıklar. Bununla birlikte, bu bozulmalar son derece nadirdir, bu yüzden prensip olarak LHC ile bulabilirsek de, yeterli veri toplamak için daha uzun yıllar araması gerekecektir.
Ağır Higgs söz konusu olduğunda, sadece sabırlı olmalıyız.
