Higgso energijos lauko atradimas

Peteris Macdiarmidas / „Getty Images“.

Higgso laukas yra teorinis energijos laukas, persmelkiantis visatą, remiantis teorija, kurią 1964 m. pateikė škotų teoretikas fizikas Peteris Higgsas. Higgsas pasiūlė lauką kaip galimą paaiškinimą, kaip atsirado pagrindinės visatos dalelės masė , nes septintajame dešimtmetyje standartinis kvantinės fizikos modelis iš tikrųjų negalėjo paaiškinti pačios masės priežasties. Jis pasiūlė, kad šis laukas egzistuotų visoje erdvėje ir kad dalelės įgyja savo masę sąveikaudamos su juo.

Higgso lauko atradimas

Nors iš pradžių teorija nebuvo patvirtinta eksperimentiniu būdu, laikui bėgant ji buvo laikoma vieninteliu masės paaiškinimu, kuris buvo plačiai laikomas atitinkančiu likusią standartinio modelio dalį. Kad ir kaip keistai atrodytų, Higso mechanizmas (kaip kartais buvo vadinamas Higso laukas) buvo plačiai pripažintas tarp fizikų, kartu su likusia standartinio modelio dalimi.

Viena iš teorijos pasekmių buvo ta, kad Higgso laukas gali pasireikšti kaip dalelė, panašiai kaip kiti kvantinės fizikos laukai pasireiškia kaip dalelės. Ši dalelė vadinama Higso bozonu. Higso bozono aptikimas tapo pagrindiniu eksperimentinės fizikos tikslu, tačiau problema ta, kad teorija iš tikrųjų nenumatė Higso bozono masės. Jei sukeltumėte dalelių susidūrimus dalelių greitintuve, turinčiame pakankamai energijos, Higso bozonas turėtų pasireikšti, tačiau nežinant masės, kurios jie ieškojo, fizikai nebuvo tikri, kiek energijos reikės susidūrimui.

Viena iš pagrindinių vilčių buvo ta, kad Didysis hadronų greitintuvas (LHC) turės pakankamai energijos, kad eksperimentiškai generuotų Higso bozonus, nes jis buvo galingesnis už bet kurį kitą anksčiau sukurtą dalelių greitintuvą. 2012 m. liepos 4 d. LHC fizikai paskelbė radę eksperimentinius rezultatus, atitinkančius Higso bozoną, tačiau norint tai patvirtinti ir nustatyti įvairias fizines Higso bozono savybes, reikia atlikti tolesnius stebėjimus. Tai patvirtinančių įrodymų padaugėjo tiek, kad 2013 m. Nobelio fizikos premija buvo skirta Peteriui Higgsui ir Francois Englert'ui. Fizikams nustatant Higso bozono savybes, tai padės jiems geriau suprasti paties Higso lauko fizines savybes.

Brianas Greene'as Higgso lauke

Vienas geriausių Higgso lauko paaiškinimų yra Briano Greene'o paaiškinimas, pateiktas liepos 9 d. PBS laidoje. Charlie Rose šou , kai jis pasirodė programoje su eksperimentiniu fiziku Michaelu Tuftsu, kad aptartų paskelbtą Higso bozono atradimą:

Masė yra objekto pasipriešinimas jo greičio pasikeitimui. Jūs paimate beisbolą. Kai jį metate, jūsų ranka jaučia pasipriešinimą. Šūvis, tu jauti tą pasipriešinimą. Tas pats būdas dalelėms. Iš kur kyla pasipriešinimas? Ir buvo iškelta teorija, kad galbūt erdvė buvo užpildyta nematomais „daiktais“, nematomais į melasą panašiais „daiktais“, ir kai dalelės bando judėti per melasą, jos jaučia pasipriešinimą, lipnumą. Tai yra lipnumas, iš kurio atsiranda jų masė. ... Tai sukuria masę....

... tai nepagaunamas nematomas dalykas. Jūs to nematote. Turite rasti būdą, kaip jį pasiekti. Ir pasiūlymas, kuris dabar, atrodo, duoda vaisių, yra toks: jei labai, labai dideliu greičiu suplaksite protonus, kitas daleles, o tai atsitinka Didžiajame hadronų greitintuve... labai dideliu greičiu sumušite daleles, kartais galite išjudinti melasą, o kartais išbraukti nedidelį melasos taškelį, kuris būtų Higgso dalelė. Taigi žmonės ieškojo tos mažos dalelės dėmės ir dabar atrodo, kad ji buvo rasta.

Higgso lauko ateitis

Jei LHC rezultatai pasiteisins, nustatę Higso lauko prigimtį gausime išsamesnį vaizdą apie tai, kaip kvantinė fizika pasireiškia mūsų visatoje. Tiksliau, mes geriau suprasime masę, o tai savo ruožtu padės geriau suprasti gravitaciją. Šiuo metu standartinis kvantinės fizikos modelis neatsižvelgia į gravitaciją (nors jis visiškai paaiškina kitą pagrindinės fizikos jėgos ). Šios eksperimentinės gairės gali padėti teoriniams fizikams patobulinti teoriją kvantinė gravitacija tai taikoma mūsų visatai.

Tai netgi gali padėti fizikams suprasti paslaptingą mūsų visatos materiją, vadinamą tamsiąja medžiaga, kurios negalima stebėti kitaip, nei naudojant gravitacinį poveikį. Arba, galbūt, geresnis Higgso lauko supratimas gali suteikti šiek tiek įžvalgų apie atstumiantį sunkumą, kurį demonstruoja tamsioji energija kuri, atrodo, persmelkia mūsų stebimą visatą.