Kita semua tahu dan suka boson Higgs - yang disengajakan oleh ahli fizik secara tersilap di media sebagai "zarah Tuhan" - zarah subatomik yang pertama kali dilihat dalam Collateral Hadron Besar (LHC) pada tahun 2012. Zarah itu adalah sekeping dari medan yang meresap semua ruang-masa; ia berinteraksi dengan banyak zarah, seperti elektron dan kuark, memberikan zarah-zarah tersebut dengan jisim, yang sangat sejuk.
Tetapi Higgs yang kami nampak adalah mengejutkan ringan. Mengikut anggaran terbaik kami, ia sepatutnya lebih berat. Ini membuka satu soalan yang menarik: Pasti, kami melihat boson Higgs, tetapi adakah itu satu-satunya boson Higgs? Adakah terdapat lebih banyak terapung di luar sana melakukan perkara mereka sendiri?
Walaupun kita tidak mempunyai bukti lagi mengenai Higgs yang lebih berat, satu pasukan penyelidik yang berpusat di LHC, tukang besi atom terbesar di dunia, sedang menggali soalan itu ketika kita bercakap. Dan ada yang mengatakan bahawa sebagai proton dihancurkan bersama-sama di dalam collider berbentuk cincin, Higgs yang kuat dan bahkan zarah Higgs yang terdiri daripada pelbagai jenis Higgs boleh keluar dari bersembunyi.
Sekiranya Higgs berat memang wujud, maka kita perlu menyusun semula pemahaman kita tentang Model Standard fizik zarah dengan kesedaran baru bahawa lebih banyak lagi Higgs daripada memenuhi mata. Dan dalam interaksi yang kompleks ini, mungkin terdapat petunjuk kepada segalanya dari massa zarah neutrino hantu hingga nasib alam semesta.
Semua tentang boson
Tanpa boson Higgs, hampir keseluruhan Model Standard datang terhempas. Tetapi untuk bercakap mengenai boson Higgs, kita perlu memahami bagaimana Model Standard memandang alam semesta.
Dalam konsep terbaik dunia subatomik menggunakan Model Standard, apa yang kita fikirkan sebagai zarah sebenarnya tidak begitu penting. Sebaliknya, terdapat medan. Bidang ini meresap dan menyerap semua ruang dan waktu. Terdapat satu bidang untuk setiap jenis zarah. Oleh itu, terdapat medan elektron, medan untuk foton, dan sebagainya dan sebagainya. Apa yang anda fikirkan sebagai zarah adalah getaran kecil di dalam bidang tertentu. Dan apabila zarah berinteraksi (oleh, katakan, memantul antara satu sama lain), itu benar-benar getaran dalam bidang yang melakukan tarian yang sangat rumit.
Boson Higgs mempunyai bidang khusus. Seperti bidang lain, ia meresap semua ruang dan masa, dan ia juga dapat bercakap dan bermain dengan bidang orang lain.
Tetapi bidang Higgs mempunyai dua pekerjaan yang sangat penting untuk melakukan itu tidak dapat dicapai oleh bidang lain.
Kerja pertamanya adalah untuk bercakap dengan bos bos W dan Z (melalui bidang masing-masing), pembawa angkatan nuklear yang lemah. Dengan bercakap dengan boson lain, Higgs dapat memberi mereka massa dan pastikan mereka tetap terpisah dari foton, pembawa daya elektromagnetik. Tanpa serangan boson Higgs, semua pembawa ini akan digabungkan bersama dan kedua-dua angkatan itu akan bergabung bersama.
Kerja lain boson Higgs adalah untuk bercakap dengan zarah lain, seperti elektron; melalui perbualan ini, ia juga memberi mereka massa. Ini semua berfungsi dengan baik, kerana kita tidak mempunyai cara lain untuk menjelaskan massa zarah-zarah ini.
Cahaya dan berat
Ini semua telah dilakukan pada tahun 1960-an melalui satu siri matematik yang rumit tetapi pasti elegan, tetapi terdapat satu halangan kecil untuk teori: Tidak ada cara yang nyata untuk meramalkan jisim sebenar boson Higgs. Dalam erti kata lain, apabila anda mencari zarah (yang merupakan getaran tempatan sedikit bidang yang lebih besar) dalam collider zarah, anda tidak tahu dengan tepat apa dan di mana anda akan mencarinya.
Pada tahun 2012, para saintis di LHC mengumumkan penemuan boson Higgs setelah mendapati beberapa zarah yang mewakili medan Higgs telah dihasilkan apabila proton dipecahkan satu sama lain pada jarak dekat cahaya. Zarah-zarah ini mempunyai jisim 125 gigaelektronvolts (GeV), atau sekitar 125 proton - jadi ia agak berat tetapi tidak terlalu besar.
Pada pandangan pertama, semua yang kedengaran dengan baik. Pakar fizikal tidak benar-benar mempunyai ramalan yang kukuh untuk jisim boson Higgs, jadi ia boleh menjadi apa yang mereka mahu; kita berlaku untuk mencari jisim dalam lingkungan tenaga LHC. Hancurkan bergegas, dan mari mulai meraikan.
Kecuali terdapat beberapa ragu-ragu, sejenis-jenis-separuh ramalan tentang jisim boson Higgs berdasarkan cara ia berinteraksi dengan zarah lain, quark teratas. Pengiraan tersebut meramalkan cara yang lebih tinggi daripada 125 GeV. Ia hanya mungkin bahawa ramalan-ramalan itu adalah salah, tetapi kemudian kita perlu melompat kembali ke matematik dan mengetahui di mana keadaan menjadi lebam. Atau ketidaksesuaian antara ramalan yang luas dan realiti apa yang ditemui di dalam LHC mungkin bermakna bahawa terdapat lebih banyak cerita Higgs boson.
Higgs besar
Di sana sangat baik boleh menjadi banyak bos bos Higgs di luar sana yang terlalu berat bagi kita untuk melihat dengan penemu zarah generasi kita sekarang. Perkara tenaga massa kembali ke persamaan E = mc ^ 2 Einstein terkenal, yang menunjukkan bahawa tenaga adalah jisim dan jisim adalah tenaga. Semakin tinggi jisim zarah, semakin banyak tenaga yang ada dan lebih banyak tenaga yang diperlukan untuk menghasilkan yang besar perkara.)
Sebenarnya, beberapa teori spekulatif yang mendorong pengetahuan fizik kami melampaui Standard Model meramalkan kewujudan boson Higgs berat ini. Sifat sebenar watak-watak Higgs ini bergantung kepada teori, sememangnya, dari mana-mana sahaja dari satu atau dua bidang Higgs yang lebih berat sehingga bahkan struktur komposit yang terbuat dari pelbagai jenis bos bos Higgs.
Theorists bekerja keras untuk mencari cara yang mungkin untuk menguji teori-teori ini, kerana kebanyakan mereka tidak dapat diakses dengan eksperimen semasa. Dalam makalah baru-baru ini yang dikemukakan kepada Jurnal Fizik Tenaga Tinggi, dan diterbitkan secara dalam talian dalam jurnal pra arXiv, pasukan ahli fizik telah mengemukakan cadangan untuk mencari kewujudan lebih banyak boson Higgs, berdasarkan cara yang pelik zarah mungkin merosot zarah yang lebih ringan, mudah dikenali, seperti elektron, neutrinos dan foton. Walau bagaimanapun, penghancuran ini sangat jarang berlaku, jadi walaupun pada dasarnya kita boleh mencari mereka dengan LHC, ia akan mengambil masa bertahun-tahun mencari untuk mengumpulkan data yang mencukupi.
Apabila datang kepada Higgs berat, kita hanya perlu bersabar.
