Mindannyian ismerjük és szeretjük a Higgs-bozonot - amelyet a fizikusok bántalmazására a médiában tévesen "Isten-részecskének" neveztek - egy szubatomi részecskét, amelyet 2012-ben először észleltek a Nagy Hadron Összeütközőben (LHC). Ez a részecske egy darab egy olyan mezőből, amely áthatolja az összes téridőt; sok részecskével kölcsönhatásba lép, például elektronokkal és kvarkokkal, és ezeknek a részecskéknek a tömegét biztosítja, ami elég hűvös.
De a megfigyelt Higgs meglepően könnyű volt. Legjobb becslésünk szerint sokkal nehezebbnek kellett volna lennie. Ez érdekes kérdést vet fel: Persze, hogy észleltünk egy Higgsi bozonot, de ez volt az egyetlen Higgs bozon? Vannak-e úszók körül, akik saját dolgokat csinálnak?
Annak ellenére, hogy még nem állnak rendelkezésre bizonyítékok a nehezebb Higgszről, az LHC-n, a világ legnagyobb atomsorompójánál dolgozó kutatók egy csoportja mélyén belemerül a kérdésbe. És beszélnek arról, hogy amint a protonok összetörnek a gyűrű alakú ütköző belsejében, az izmos Higgs és akár a különböző típusú Higg-kből álló Higgs-részecskék kiszabadulhatnak.
Ha a nehéz Higgs valóban létezik, akkor újra kell alakítanunk a részecskefizika standard modelljének megértését azzal az új felismeréssel, hogy a Higgsnak sokkal több van, mint ami szemmel néz. És ezen a komplex interakción belül mindenre utalhat a kísérteties neutrino részecske tömegétől az univerzum végső sorsáig.
Minden a bozonról
A Higgs-bozon nélkül nagyjából az egész Standard modell összeomlik. De ahhoz, hogy a Higgs-bozonról beszéljünk, először meg kell értenünk, hogy a standard modell hogyan látja az univerzumot.
A szokásos modellt alkalmazó szubatómiai világ legjobb felfogásánál az, hogy mit gondolunk részecskéknek, valójában nem nagyon fontos. Ehelyett vannak mezők. Ezek a mezők áthatolnak és felszívnak minden helyet és időt. Minden fajta részecskéhez egy mező tartozik. Tehát van egy mező az elektronok számára, egy mező a fotonok számára, és így tovább, és így tovább. Amit részecskékként gondolsz, az valóban helyi kis rezgés az adott területükön. És amikor a részecskék kölcsönhatásba lépnek (mondjuk, egymástól elszakadnak), akkor a mezők rezgései valóban nagyon bonyolult táncot jelentenek.
A Higgs-bozonnak egy speciális mezője van. A többi mezőhöz hasonlóan, átterjed a térben és az időben, és beszélgetni és játszani is tud mindenki más mezőivel.
De a Higgs-mezőnek két nagyon fontos feladata van, amelyeket nem lehet megtenni más területeken.
Első feladata, hogy beszéljen a W és Z boszonokkal (a megfelelő mezőkön keresztül), a gyenge nukleáris erő hordozóival. Ezekkel a többi boszonnal való beszélgetés révén a Higgs képes tömeget adni nekik és megbizonyosodni arról, hogy el vannak-e választva a fotonoktól, az elektromágneses erő hordozóitól. A Higgsi boszon futó interferencia nélkül ezek a vivők összeolvadnának, és ez a két erő összeolvad.
A Higgs-bozon másik feladata, hogy beszéljen más részecskékkel, például elektronokkal; ezeken a beszélgetéseken keresztül tömeget is ad nekik. Mindez szépen működik, mert nincs más módjuk megmagyarázni ezen részecskék tömegét.
Könnyű és nehéz
Mindezt az 1960-as években egy bonyolult, de biztosan elegáns matematikai sorozat segítségével dolgozták ki, de az elméletnek csak egy apró akadálya van: Nincs valódi módja annak, hogy megjósoljuk a Higgs-bozon pontos tömegét. Más szavakkal, amikor egy részecske ütközőben keres egy részecskét (ami a sokkal nagyobb mező kis lokális rezgése), akkor nem tudja pontosan, mit és hol fog megtalálni.
2012-ben az LHC tudósai bejelentették a Higgs-bozon felfedezését, miután találtak néhány olyan részecskét, amelyek a Higgsi mezőt képviselik, amikor a protonokat egymáshoz közel fénysebességgel összetörték. Ezeknek a részecskéknek a tömege 125 gigaelektronvolta (GeV) volt, vagy körülbelül ekvivalens 125 protonnal - tehát olyan nehéz, de nem hihetetlenül hatalmas.
Első pillantásra mindez jól hangzik. A fizikusok nem igazán tudták megjósolni a Higgs-bozon tömegét, tehát bármilyen lehet; történt, hogy a tömeget az LHC energiatartományán belül találtuk meg. Kitörje a pezsgő, és kezdjük ünnepelni.
Kivéve, hogy vannak bizonyos tétovázó, fajta félbecslések a Higgs-bozon tömegére vonatkozóan annak egy másik részecskével való kölcsönhatása alapján, a felső kvarccal. Ezek a számítások több mint 125 GeV-nál nagyobb előrejelzést jeleznek. Lehet, hogy ezek az előrejelzések helytelenek, de akkor vissza kell fordulnunk a matematika felé, és kitalálnunk kell, hogy a dolgok mekkora irányba vezetnek. Vagy az átfogó jóslatok és az LHC-ben talált valóság közötti eltérés azt jelentheti, hogy több van a Higgs-bozon történetében.
Hatalmas Higgs
Nagyon sok egész Higgs-bozon létezik odakinn, amelyek túl nehezek ahhoz, hogy a jelenlegi részecske-ütköző generációnkkal láthassuk. (A tömeg-energia dolog visszatér Einstein híres E = mc ^ 2 egyenletéhez, amely azt mutatja, hogy az energia tömeg és a tömeg az energia. Minél nagyobb a részecske tömege, annál több energiája van, és annál több energiát igényel ennek a izmosnak a létrehozásához dolog.)
Valójában néhány olyan spekulatív elmélet, amely a fizikai tudásunkat a standard modellön túlmutatja, megjósolja e nehéz Higgs-bozonok létezését. Ezeknek a további Higgs-karaktereknek a pontos jellege természetesen az elmélettől függ, kezdve akár egy-két extra-nehéz Higgs-mezőtől akár akár különféle, különböző típusú Higgs-bozonokból összeállított összetett szerkezetekig is.
A teoretikusok keményen dolgoznak, hogy bármilyen lehetséges módszert találjanak ezen elméletek kipróbálására, mivel ezek többsége egyszerűen hozzáférhetetlen a jelenlegi kísérletekhez. A közelmúltban, a High Energy Physics Journalhoz benyújtott és az arXiv preprint nyomtatott folyóiratban online közzétett cikkben a fizikusok egy javaslatot tettek, hogy keressenek több Higgs-bozon létezését annak alapján, hogy a részecskék miként bomlanak le. könnyebb, könnyebben felismerhető részecskék, például elektronok, neutrinók és fotonok. Ezek a lebomlások azonban rendkívül ritkák, tehát, bár elvileg megtalálhatjuk őket az LHC-nál, még sok évig tart a keresés ahhoz, hogy elegendő adatot gyűjtsünk.
Amikor a nehéz Higgsről van szó, akkor türelmesnek kell lennünk.
