Všichni víme a milujeme Higgsův boson - což je chagrin fyziků v médiích mylně označen jako „božská částice“ - subatomická částice, která byla poprvé spatřena ve Velkém Hadronu Colliderovi (LHC) již v roce 2012. Tato částice je kus pole, které prochází celým časoprostorem; interaguje s mnoha částicemi, jako jsou elektrony a kvarky, a poskytuje jim částice s hmotností, což je docela v pohodě.
Ale Higgsové, které jsme si všimli, byli překvapivě lehčí. Podle našich nejlepších odhadů by to mělo být mnohem těžší. To otevírá zajímavou otázku: Jistě, všimli jsme si Higgsova bosonu, ale byl to jediný Higgsův boson? Jsou tam více plovoucí tam venku dělat své vlastní věci?
Přestože zatím nemáme žádné důkazy o těžším Higgsovi, tým vědců se sídlem v LHC, největším atomovém kouři na světě, se do této otázky dostává, když mluvíme. A hovoří se o tom, že jakmile se protony rozbijí uvnitř prstencového srážky, z úkrytu se mohou stát mohutný Higgs a dokonce i Higgsovy částice vyrobené z různých typů Higgs.
Pokud opravdu těžké Higgové skutečně existují, musíme překonfigurovat naše chápání standardního modelu fyziky částic s nově objevenou realizací, že Higgsovi je mnohem víc, než se setká s okem. A v rámci těchto komplexních interakcí může existovat vodítko ke všemu, od hmoty strašidelné neutrinové částice po konečný osud vesmíru.
Vše o bosonu
Bez Higgsova bosonu se skoro celý standardní model zhroutí. Ale abychom mluvili o Higgsově bosonu, musíme nejprve pochopit, jak standardní model vnímá vesmír.
V našem nejlepším pojetí subatomického světa pomocí standardního modelu to, co považujeme za částice, není ve skutečnosti příliš důležité. Místo toho existují pole. Tato pole pronikají a nasávají celý prostor a čas. Pro každý druh částice existuje jedno pole. Takže existuje pole pro elektrony, pole pro fotony atd. A tak dále. To, co považujete za částice, jsou skutečně malé lokální vibrace v jejich konkrétních polích. A když částice interagují (řekněme, odskakují od sebe), jsou to opravdu vibrace v polích, které dělají velmi komplikovaný tanec.
Higgsův boson má zvláštní druh pole. Stejně jako ostatní pole prostupuje veškerým prostorem a časem a také se dá mluvit a hrát si s poli ostatních.
Ale Higgsovo pole má dvě velmi důležité úkoly, které nelze dosáhnout žádným jiným oborem.
Jejím prvním úkolem je hovořit s bosony W a Z (přes jejich příslušná pole), nosiči slabé jaderné síly. Tím, že Higgs mluví s těmito dalšími bosony, je schopen jim dát hmotu a ujistit se, že zůstávají odděleny od fotonů, nosičů elektromagnetické síly. Bez rušení Higgsovým bosonem by se všechny tyto nosiče sloučily dohromady a tyto dvě síly by se spojily dohromady.
Další úlohou Higgsova bosonu je mluvit s jinými částicemi, jako jsou elektrony; prostřednictvím těchto rozhovorů jim také dává masu. To vše funguje dobře, protože nemáme žádný jiný způsob, jak vysvětlit masy těchto částic.
Lehké a těžké
Všechno to bylo vypracováno v 60. letech prostřednictvím řady komplikovaných, ale jistě elegantních matematik, ale existuje jen jedno malé spojení s teorií: Neexistuje reálný způsob, jak předpovědět přesnou hmotnost Higgsova bosonu. Jinými slovy, když jdete hledat částici (což je malá lokální vibrace mnohem většího pole) v částečném nárazníku, nevíte přesně, co a kde ji najdete.
V roce 2012 vědci na LHC oznámili objev Higgsova bosonu poté, co zjistili, že částice, které představují Higgsovo pole, byly vyrobeny, když byly protony rozbity na sebe rychlostí blízkou světlu. Tyto částice měly hmotnost 125 gigaelektronvoltů (GeV) nebo přibližně ekvivalent 125 protonů - takže je to druh těžkých, ale ne neuvěřitelně obrovských.
Na první pohled to zní dobře. Fyzici ve skutečnosti neměli pevnou předpovědi pro hmotnost Higgsova bosonu, takže to mohlo být cokoli chtělo; náhodou jsme našli hmotu v energetickém rozsahu LHC. Rozbijte bublinu a začněme oslavovat.
Až na to, že existují nějaké váhavé, druh-předpovědi o hmotnosti Higgsova bosonu založené na způsobu, jakým interaguje s další částicí, top kvarkem. Tyto výpočty předpovídají číselný způsob vyšší než 125 GeV. Mohlo by to být jen tak, že tyto předpovědi jsou špatné, ale pak se musíme kroužit zpět k matematice a zjistit, kde se věci dělají seno. Nebo nesoulad mezi širokými předpovědi a realitou toho, co se našlo uvnitř LHC, by mohl znamenat, že příběh Higgsova bosona je víc.
Obrovské Higgs
Tam by mohla být celá spousta Higgsových bosonů, které jsou příliš těžké na to, abychom je viděli s naší současnou generací kolizorů částic. (Hmota-energie se vrací k Einsteinově slavné E = mc ^ 2 rovnici, která ukazuje, že energie je hmota a hmota je energie. Čím vyšší je hmotnost částice, tím více energie má a čím více energie potřebuje k vytvoření toho statného věc.)
Ve skutečnosti některé spekulativní teorie, které posouvají naše znalosti fyziky za standardní model, předpovídají existenci těchto těžkých Higgsových bosonů. Přesná povaha těchto dalších Higgsových znaků závisí samozřejmě na teorii, sahající od jednoduchého jednoho nebo dvou extra těžkých Higgsových polí až po kompozitní struktury vyrobené z několika různých druhů Higgsových bosonů přilepených k sobě.
Teoretici se těžce snaží najít všechny možné způsoby, jak tyto teorie otestovat, protože většina z nich je pro současné experimenty jednoduše nepřístupná. V nedávném příspěvku předloženém v časopise Journal of High Energy Physics a zveřejněném online v předtištěném časopise arXiv, tým fyziků předložil návrh na hledání existence dalších Higgsových bosonů na základě zvláštního způsobu, jakým by se částice mohly rozpadat lehčí a snáze rozpoznatelné částice, jako jsou elektrony, neutrina a fotony. Tyto rozpady jsou však velmi vzácné, takže ačkoli je v zásadě můžeme najít s LHC, bude trvat mnohem více let, než bude možné získat dostatek dat.
Pokud jde o těžké Higgsy, musíme být trpěliví.
