Kwa maneno rahisi, Higgs boson ndiyo chembe ghali zaidi kuwahi kutokea. Ikiwa, kwa mfano, bomba la utupu na akili kadhaa za kipaji zilitosha kugundua elektroni, utaftaji wa kifua cha Higgs ulihitaji uundaji wa nishati ya majaribio, ambayo haipatikani sana Duniani. Gari Kubwa la Hadron Collider halihitaji utangulizi, likiwa mojawapo ya majaribio ya kisayansi maarufu na yenye mafanikio, lakini chembe yake ya wasifu, kama hapo awali, imegubikwa na siri kwa watu wengi. Imeitwa chembe ya Mungu, hata hivyo, kutokana na jitihada za maelfu ya wanasayansi, hatuhitaji tena kukubali kuwepo kwake kwa imani.
Haijulikani mwisho
Higgs boson ni nini na kuna umuhimu gani wa ugunduzi wake? Kwa nini imekuwa mada ya hype nyingi, ufadhili na upotoshaji? Kwa sababu mbili. Kwanza, ilikuwa chembe ya mwisho ambayo haijagunduliwa iliyohitajika ili kuthibitisha Muundo Sanifu wa fizikia. Ugunduzi wake ulimaanisha kwamba kizazi kizima cha machapisho ya kisayansi hakikuwa bure. Pili, boson hii inatoa chembe nyingine wingi wao, ambayo inatoa maana maalum na baadhi ya "uchawi". Tunaelekea kufikiriamolekuli kama mali ya asili ya vitu, lakini wanafizikia wanafikiria vinginevyo. Kwa maneno rahisi, kifua cha Higgs ni chembe ambayo molekuli haipo kimsingi.
Sehemu moja zaidi
Sababu iko katika sehemu inayoitwa Higgs. Ilielezwa hata kabla ya Higgs boson, kwa sababu wanafizikia walihesabu kwa mahitaji ya nadharia zao wenyewe na uchunguzi, ambayo ilihitaji kuwepo kwa uwanja mpya, hatua ambayo ingeenea kwa Ulimwengu wote. Kuimarisha dhahania kwa kuvumbua vipengele vipya vya ulimwengu ni hatari. Katika siku za nyuma, kwa mfano, hii ilisababisha kuundwa kwa nadharia ya aether. Lakini mahesabu zaidi ya hisabati yalifanywa, wanafizikia zaidi walielewa kuwa uwanja wa Higgs lazima uwepo katika ukweli. Tatizo pekee lilikuwa ukosefu wa njia za vitendo za kumtazama.
Katika Muundo Wastani wa fizikia, chembe msingi huongezeka kwa wingi kupitia utaratibu kulingana na kuwepo kwa uga wa Higgs ambao hupenya nafasi yote. Hutengeneza Higgs bosons, ambazo zinahitaji nguvu nyingi, na hii ndiyo sababu kuu inayowafanya wanasayansi wahitaji viongeza kasi vya chembe vya kisasa ili kufanya majaribio ya nishati ya juu.
Misa inatoka wapi?
Nguvu ya mwingiliano hafifu wa nyuklia hupungua kwa kasi na umbali unaoongezeka. Kulingana na nadharia ya uga wa quantum, hii ina maana kwamba chembe zinazohusika katika uundaji wake - W- na Z-bosons - lazima ziwe na wingi, tofauti na gluoni na fotoni, ambazo hazina wingi.
Tatizo ni kwamba nadharia za kupima hushughulikia vipengele vingi tu. Ikiwa bosons za kupima zina wingi, basi hypothesis hiyo haiwezi kuelezwa kwa sababu. Utaratibu wa Higgs huepuka tatizo hili kwa kuanzisha uga mpya unaoitwa uga wa Higgs. Katika nishati ya juu, bosons za kupima hazina wingi, na hypothesis hufanya kazi kama inavyotarajiwa. Kwa nishati ya chini, uga husababisha kukatika kwa ulinganifu unaoruhusu vipengele kuwa na wingi.
Higgs boson ni nini?
Uga wa Higgs hutoa chembechembe zinazoitwa Higgs bosons. Misa yao haijainishwa na nadharia, lakini kama matokeo ya jaribio, iliamua kuwa ni sawa na 125 GeV. Kwa maneno rahisi, Higgs boson imethibitisha kwa uhakika Muundo wa Kawaida na kuwepo kwake.
Taratibu, uwanja na kifua vina jina la mwanasayansi wa Scotland Peter Higgs. Ingawa hakuwa wa kwanza kupendekeza dhana hizi, lakini, kama ilivyo kawaida katika fizikia, ilitokea tu kuwa yule ambaye zilipewa jina lake.
Ulinganifu uliovunjika
Uga wa Higgs ulifikiriwa kuwajibika kwa ukweli kwamba chembe ambazo hazipaswi kuwa na wingi zilihusika. Hii ni njia ya ulimwengu wote ambayo hutoa chembe zisizo na misa na misa tofauti. Ukiukaji kama huo wa ulinganifu unaelezewa na mlinganisho na mwanga - urefu wote wa wimbi husogea kwa utupu kwa kasi sawa, wakati katika prism kila urefu wa wimbi unaweza kutofautishwa. Hii ni, bila shaka, mlinganisho usio sahihi, kwa kuwa mwanga mweupe una urefu wote wa wavelengths, lakini mfano unaonyesha jinsi ganiuundaji wa wingi na uwanja wa Higgs unaonekana kuwa ni kwa sababu ya kuvunjika kwa ulinganifu. Mche huvunja ulinganifu wa kasi ya urefu tofauti wa mawimbi ya mwanga kwa kuzitenganisha, na uga wa Higgs unafikiriwa kuvunja ulinganifu wa wingi wa baadhi ya chembe ambazo hazina wingi wa ulinganifu.
Jinsi ya kuelezea kifua cha Higgs kwa maneno rahisi? Hivi majuzi tu wanafizikia waligundua kuwa ikiwa uwanja wa Higgs upo, utendakazi wake utahitaji uwepo wa mtoa huduma anayefaa na mali kutokana na ambayo inaweza kuzingatiwa. Ilifikiriwa kuwa chembe hii ni ya bosons. Kwa maneno rahisi, boson ya Higgs ni kinachojulikana kama nguvu ya kubeba, sawa na fotoni, ambazo ni wabebaji wa uwanja wa sumakuumeme wa Ulimwengu. Photoni, kwa maana fulani, ni msisimko wake wa ndani, kama vile kifua cha Higgs ni msisimko wa ndani wa uwanja wake. Kuthibitisha kuwepo kwa chembe yenye sifa zinazotarajiwa na wanafizikia, kwa hakika, ilikuwa sawa na kuthibitisha moja kwa moja kuwepo kwa uwanja.
Jaribio
Miaka mingi ya kupanga imeruhusu Large Hadron Collider (LHC) kuwa shuhuda wa uwezekano wa kukanusha nadharia ya Higgs boson. Pete ya kilomita 27 ya sumaku-umeme zenye nguvu zaidi inaweza kuharakisha chembechembe zilizochajiwa hadi sehemu muhimu za kasi ya mwanga, na kusababisha migongano yenye nguvu ya kutosha kuzitenganisha katika vijenzi vyake, na pia kufifisha nafasi karibu na mahali pa kuathiriwa. Kulingana na mahesabu, kwa nishati ya mgongano wa kiwango cha juu cha kutosha, inawezekana kuchaji kifua ili iweze kuoza, na hii inaweza kuwa.itatazama. Nishati hii ilikuwa kubwa sana hata wengine waliingiwa na hofu na kutabiri mwisho wa dunia, na fantasia za wengine zilienda mbali zaidi kwamba ugunduzi wa Higgs boson ulielezwa kuwa fursa ya kuangalia mwelekeo mbadala.
Uthibitisho wa mwisho
Uchunguzi wa awali ulionekana kukanusha utabiri, na hakuna dalili ya chembe iliyoweza kupatikana. Baadhi ya watafiti waliohusika katika kampeni ya kutumia mabilioni ya dola hata walionekana kwenye televisheni na kwa upole walisema ukweli kwamba kukanusha nadharia ya kisayansi ni muhimu sawa na kuithibitisha. Baada ya muda, hata hivyo, vipimo vilianza kuongeza picha kubwa, na Machi 14, 2013, CERN ilitangaza rasmi uthibitisho wa kuwepo kwa chembe. Kuna ushahidi wa kupendekeza kuwepo kwa bosons nyingi, lakini wazo hili linahitaji utafiti zaidi.
Miaka miwili baada ya CERN kutangaza kugundua chembe hiyo, wanasayansi wanaofanya kazi kwenye Gari la Kubwa la Hadron Collider waliweza kuthibitisha hilo. Kwa upande mmoja, huu ulikuwa ushindi mkubwa kwa sayansi, na kwa upande mwingine, wanasayansi wengi walikatishwa tamaa. Ikiwa mtu yeyote alikuwa na matumaini kwamba kifua cha Higgs kingekuwa chembe ambayo ingeongoza kwa maeneo ya ajabu na ya ajabu zaidi ya Standard Model - supersymmetry, jambo giza, nishati giza - basi, kwa bahati mbaya, hii haikuwa hivyo.
Utafiti uliochapishwa katika Fizikia ya Asili umethibitisha kuoza na kuwa fermions. Standard Model inatabiri kwamba, kwa maneno rahisi, kifuaHiggs ni chembe ambayo hutoa fermions wingi wao. Kigunduzi cha mgongano wa CMS hatimaye kilithibitisha kuoza kwao kuwa fermions - quarks chini na leptoni tau.
Higgs boson kwa maneno rahisi: ni nini?
Utafiti huu hatimaye umethibitisha kuwa hiki ndicho kifua cha Higgs kilichotabiriwa na Muundo Sanifu wa fizikia ya chembe. Iko katika eneo la molekuli-nishati ya 125 GeV, haina spin, na inaweza kuoza katika vipengele vingi vyepesi - jozi za photoni, fermions, nk Shukrani kwa hili, tunaweza kusema kwa ujasiri kwamba kifua cha Higgs, kwa maneno rahisi, ni chembe inayotoa wingi kwa kila kitu.
Nimekatishwa tamaa na tabia chaguomsingi ya kipengele kipya kilichofunguliwa. Ikiwa uozo wake ungekuwa tofauti kidogo, ungehusiana na fermions tofauti, na njia mpya za utafiti zingeibuka. Kwa upande mwingine, hii ina maana kwamba hatujasogeza hatua hata moja zaidi ya Modeli ya Kawaida, ambayo haizingatii mvuto, nishati ya giza, kitu cheusi na matukio mengine ya ajabu ya ukweli.
Sasa mtu anaweza tu kukisia kilichowasababisha. Nadharia maarufu zaidi ni supersymmetry, ambayo inasema kwamba kila chembe katika Standard Model ina superpartner nzito ajabu (hivyo kufanya juu ya 23% ya ulimwengu - giza suala). Kusasisha kigonga, kuongeza nishati yake ya mgongano hadi 13 TeV, kuna uwezekano kukuwezesha kugundua chembechembe hizi kuu. Vinginevyo, ulinganifu wa hali ya juu utalazimika kusubiri ujenzi wa mrithi mwenye nguvu zaidi wa LHC.
Matarajio zaidi
Kwa hivyo fizikia itakuwaje baada ya Higgs boson? LHC imeanza tena kazi yake hivi karibuni ikiwa na maboresho makubwa na inaweza kuona kila kitu kutoka kwa antimatter hadi nishati nyeusi. Inaaminika kuwa jambo la giza linaingiliana na jambo la kawaida tu kwa njia ya mvuto na kwa njia ya kuundwa kwa wingi, na umuhimu wa kifua cha Higgs ni muhimu kuelewa jinsi hii hutokea. Kikwazo kikuu cha Modeli ya Kawaida ni kwamba haiwezi kuelezea athari za mvuto - mfano kama huo unaweza kuitwa Nadharia Kuu ya Umoja - na wengine wanaamini kuwa chembe na uwanja wa Higgs unaweza kuwa daraja ambalo wanafizikia wanatamani sana kupata.
Uwepo wa Higgs boson umethibitishwa, lakini ufahamu wake kamili bado uko mbali sana. Majaribio ya siku zijazo yatakataa ulinganifu na wazo la mtengano wake kuwa jambo lenye giza lenyewe? Au watathibitisha kila undani wa mwisho wa utabiri wa Standard Model kuhusu sifa za Higgs boson na kumaliza eneo hili la utafiti milele?
