Sa madaling salita, ang Higgs boson ang pinakamahal na particle sa lahat ng panahon. Kung, halimbawa, ang isang vacuum tube at isang pares ng makikinang na pag-iisip ay sapat na upang matuklasan ang elektron, ang paghahanap para sa Higgs boson ay nangangailangan ng paglikha ng pang-eksperimentong enerhiya, na bihirang matagpuan sa Earth. Ang Large Hadron Collider ay hindi nangangailangan ng pagpapakilala, bilang isa sa pinakasikat at matagumpay na siyentipikong mga eksperimento, ngunit ang profile particle nito, tulad ng dati, ay nababalot ng misteryo para sa karamihan ng populasyon. Ito ay tinatawag na isang butil ng Diyos, gayunpaman, salamat sa mga pagsisikap ng literal na libu-libong mga siyentipiko, hindi na natin kailangang tanggapin ang pag-iral nito sa pananampalataya.
Huling hindi alam
Ano ang Higgs boson at ano ang kahalagahan ng pagtuklas nito? Bakit ito naging paksa ng napakaraming hype, pagpopondo at maling impormasyon? Sa dalawang dahilan. Una, ito ang huling hindi natuklasang particle na kailangan upang kumpirmahin ang Standard Model of physics. Ang kanyang pagtuklas ay nangangahulugan na ang isang buong henerasyon ng mga publikasyong siyentipiko ay hindi naging walang kabuluhan. Pangalawa, ang boson na ito ay nagbibigay sa iba pang mga particle ng kanilang masa, na nagbibigay dito ng isang espesyal na kahulugan at ilang "magic". May posibilidad tayong mag-isipmasa bilang isang intrinsic na pag-aari ng mga bagay, ngunit iba ang iniisip ng mga physicist. Sa madaling salita, ang Higgs boson ay isang particle na kung wala ang masa ay hindi umiiral sa prinsipyo.
Isang field
Ang dahilan ay nasa tinatawag na Higgs field. Inilarawan ito bago pa man ang Higgs boson, dahil kinakalkula ito ng mga physicist para sa mga pangangailangan ng kanilang sariling mga teorya at obserbasyon, na nangangailangan ng pagkakaroon ng isang bagong larangan, na ang aksyon ay lalawak sa buong Uniberso. Ang pagpapatibay ng mga hypotheses sa pamamagitan ng pag-imbento ng mga bagong bahagi ng uniberso ay mapanganib. Sa nakaraan, halimbawa, ito ay humantong sa paglikha ng teorya ng aether. Ngunit ang mas maraming mga kalkulasyon sa matematika ay ginawa, mas naiintindihan ng mga pisiko na ang larangan ng Higgs ay dapat na umiiral sa katotohanan. Ang tanging problema ay ang kawalan ng praktikal na paraan ng pagmamasid sa kanya.
Sa Standard Model of physics, ang mga elementary particle ay nakakakuha ng mass sa pamamagitan ng isang mekanismo batay sa pagkakaroon ng Higgs field na tumatagos sa lahat ng espasyo. Lumilikha ito ng Higgs boson, na nangangailangan ng maraming enerhiya, at ito ang pangunahing dahilan kung bakit kailangan ng mga siyentipiko ang mga modernong particle accelerators upang magsagawa ng mga eksperimento na may mataas na enerhiya.
Saan nagmula ang misa?
Ang lakas ng mahinang pakikipag-ugnayang nuklear ay mabilis na bumababa sa pagtaas ng distansya. Ayon sa quantum field theory, nangangahulugan ito na ang mga particle na kasangkot sa paglikha nito - W- at Z-boson - ay dapat may mass, hindi tulad ng mga gluon at photon, na walang mass.
Ang problema ay ang mga gauge theories ay tumatalakay lamang sa mga elementong walang masa. Kung ang gauge boson ay may masa, kung gayon ang gayong hypothesis ay hindi maaaring makatwirang tukuyin. Iniiwasan ng mekanismo ng Higgs ang problemang ito sa pamamagitan ng pagpapakilala ng bagong field na tinatawag na Higgs field. Sa mataas na enerhiya, ang gauge boson ay walang masa, at ang hypothesis ay gumagana tulad ng inaasahan. Sa mababang enerhiya, ang field ay nagdudulot ng pagkasira ng simetrya na nagbibigay-daan sa mga elemento na magkaroon ng masa.
Ano ang Higgs boson?
Ang field ng Higgs ay gumagawa ng mga particle na tinatawag na Higgs boson. Ang kanilang masa ay hindi tinukoy ng teorya, ngunit bilang isang resulta ng eksperimento, natukoy na ito ay katumbas ng 125 GeV. Sa madaling salita, tiyak na kinumpirma ng Higgs boson ang Standard Model sa pagkakaroon nito.
Mechanism, field at boson ang pangalan ng Scottish scientist na si Peter Higgs. Bagama't hindi siya ang unang nagmungkahi ng mga konseptong ito, ngunit, gaya ng kadalasang nangyayari sa pisika, nagkataon na siya ang pinangalanan sa kanila.
Sirang simetrya
Ang Higgs field ay naisip na may pananagutan sa katotohanang ginawa ng mga particle na hindi dapat may masa. Ito ay isang unibersal na daluyan na nagbibigay ng mga massless na particle na may iba't ibang masa. Ang ganitong paglabag sa mahusay na proporsyon ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakatulad sa liwanag - lahat ng mga wavelength ay gumagalaw sa vacuum na may parehong bilis, habang sa isang prisma ang bawat wavelength ay maaaring makilala. Ito ay, siyempre, isang maling pagkakatulad, dahil ang puting ilaw ay naglalaman ng lahat ng mga wavelength, ngunit ang halimbawa ay nagpapakita kung paanolumilitaw na ang paglikha ng masa ng field ng Higgs ay dahil sa pagkasira ng symmetry. Sinisira ng prisma ang simetrya ng bilis ng iba't ibang wavelength ng liwanag sa pamamagitan ng paghihiwalay sa mga ito, at ang Higgs field ay naisip na sirain ang simetrya ng masa ng ilang particle na kung hindi man ay simetriko walang mass.
Paano ipaliwanag ang Higgs boson sa mga simpleng termino? Kamakailan lamang ay napagtanto ng mga physicist na kung talagang umiiral ang field ng Higgs, ang pagpapatakbo nito ay mangangailangan ng pagkakaroon ng isang naaangkop na carrier na may mga katangian dahil sa kung saan ito ay maaaring obserbahan. Ipinapalagay na ang butil na ito ay kabilang sa mga boson. Sa madaling salita, ang Higgs boson ay ang tinatawag na carrier force, kapareho ng mga photon, na mga carrier ng electromagnetic field ng Uniberso. Ang mga photon, sa isang kahulugan, ay ang mga lokal na pagganyak nito, tulad ng Higgs boson ay isang lokal na pagganyak ng larangan nito. Ang pagpapatunay sa pagkakaroon ng isang particle na may mga katangiang inaasahan ng mga physicist ay, sa katunayan, ay katumbas ng direktang pagpapatunay ng pagkakaroon ng isang field.
Eksperimento
Maraming taon ng pagpaplano ang nagbigay-daan sa Large Hadron Collider (LHC) na maging isang testamento sa isang potensyal na disproof ng Higgs boson theory. Ang isang 27-km na singsing ng napakalakas na electromagnets ay maaaring magpabilis ng mga naka-charge na particle sa mga makabuluhang fraction ng bilis ng liwanag, na nagiging sanhi ng mga banggaan na sapat upang paghiwalayin ang mga ito sa kanilang mga bahagi, pati na rin ang pagpapapangit ng espasyo sa paligid ng punto ng epekto. Ayon sa mga kalkulasyon, sa isang enerhiya ng banggaan ng isang sapat na mataas na antas, posible na singilin ang isang boson upang ito ay mabulok, at ito ay maaaringmanonood. Napakahusay ng enerhiyang ito kaya't ang ilan ay nataranta at hinulaan ang katapusan ng mundo, at ang pantasya ng iba ay umabot nang labis na ang pagkatuklas sa Higgs boson ay inilarawan bilang isang pagkakataon upang tumingin sa isang alternatibong dimensyon.
Huling kumpirmasyon
Ang mga paunang obserbasyon ay tila talagang pinabulaanan ang mga hula, at walang makikitang senyales ng particle. Ang ilan sa mga mananaliksik na kasangkot sa kampanyang gumastos ng bilyun-bilyong dolyar ay lumabas pa nga sa telebisyon at mahinahong sinabi ang katotohanan na ang pagpapabulaanan sa isang siyentipikong teorya ay kasinghalaga ng pagkumpirma nito. Pagkaraan ng ilang oras, gayunpaman, ang mga sukat ay nagsimulang magdagdag ng hanggang sa malaking larawan, at noong Marso 14, 2013, opisyal na inihayag ng CERN ang kumpirmasyon ng pagkakaroon ng particle. May katibayan na nagmumungkahi ng pagkakaroon ng maraming boson, ngunit ang ideyang ito ay nangangailangan ng karagdagang pag-aaral.
Dalawang taon matapos ipahayag ng CERN ang pagtuklas ng particle, nakumpirma ito ng mga siyentipiko na nagtatrabaho sa Large Hadron Collider. Sa isang banda, ito ay isang malaking tagumpay para sa agham, at sa kabilang banda, maraming mga siyentipiko ang nabigo. Kung may umaasa na ang Higgs boson ay magiging particle na hahantong sa kakaiba at kahanga-hangang mga rehiyon na lampas sa Standard Model - supersymmetry, dark matter, dark energy - kung gayon, sa kasamaang-palad, hindi ito ang nangyari.
Kinumpirma ng isang pag-aaral na inilathala sa Nature Physics ang pagkabulok sa mga fermion. Ang Standard Model ay hinuhulaan na, sa simpleng mga termino, ang bosonAng Higgs ay ang particle na nagbibigay sa mga fermion ng kanilang masa. Sa wakas ay nakumpirma ng detector ng CMS collider ang kanilang pagkabulok sa mga fermion - mga down quark at tau lepton.
Higgs boson sa simpleng termino: ano ito?
Nakumpirma sa wakas ng pag-aaral na ito na ito ang Higgs boson na hinulaang ng Standard Model of particle physics. Ito ay matatagpuan sa rehiyon ng mass-energy na 125 GeV, walang spin, at maaaring mabulok sa maraming mas magaan na elemento - mga pares ng photon, fermion, atbp. Salamat dito, maaari nating kumpiyansa na sabihin na ang Higgs boson, sa simpleng mga termino, ay isang butil na nagbibigay ng masa sa lahat.
Nadismaya sa default na gawi ng isang bagong bukas na elemento. Kung ang pagkabulok nito ay bahagyang naiiba, ito ay magkakaugnay sa mga fermion sa ibang paraan, at ang mga bagong paraan ng pananaliksik ay lilitaw. Sa kabilang banda, nangangahulugan ito na wala tayong nagawang hakbang lampas sa Standard Model, na hindi isinasaalang-alang ang gravity, dark energy, dark matter at iba pang kakaibang phenomena ng realidad.
Ngayon ay maaari na lamang hulaan kung ano ang naging sanhi ng mga ito. Ang pinakasikat na teorya ay supersymmetry, na nagsasaad na ang bawat particle sa Standard Model ay may hindi kapani-paniwalang mabigat na superpartner (kaya bumubuo ng 23% ng uniberso - dark matter). Ang pag-upgrade sa collider, pagdodoble ng collision energy nito sa 13 TeV, ay malamang na magiging posible upang matukoy ang mga superparticle na ito. Kung hindi, ang supersymmetry ay kailangang maghintay para sa pagbuo ng isang mas makapangyarihang kahalili sa LHC.
Mga karagdagang prospect
Kaya ano ang magiging physics pagkatapos ng Higgs boson? Ipinagpatuloy kamakailan ng LHC ang trabaho nito nang may makabuluhang mga pagpapabuti at nakikita ang lahat mula sa antimatter hanggang sa dark energy. Ito ay pinaniniwalaan na ang madilim na bagay ay nakikipag-ugnayan sa ordinaryong bagay sa pamamagitan lamang ng grabidad at sa pamamagitan ng paglikha ng masa, at ang kahalagahan ng Higgs boson ay susi sa pag-unawa nang eksakto kung paano ito nangyayari. Ang pangunahing disbentaha ng Standard Model ay hindi nito maipaliwanag ang mga epekto ng gravity - ang ganitong modelo ay maaaring tawaging Grand Unified Theory - at ang ilan ay naniniwala na ang particle at ang Higgs field ay maaaring maging tulay na napakadesperadong hanapin ng mga physicist.
Ang pagkakaroon ng Higgs boson ay nakumpirma na, ngunit ang buong pag-unawa nito ay napakalayo pa rin. Pabulaanan ba ng mga eksperimento sa hinaharap ang supersymmetry at ang ideya ng pagkabulok nito sa mismong madilim na bagay? O kukumpirmahin ba nila ang bawat huling detalye ng mga hula ng Standard Model tungkol sa mga katangian ng Higgs boson at tatapusin ang bahaging ito ng pananaliksik magpakailanman?
