ในแง่ง่าย: ฮิกส์ boson - มันคืออะไร?

ในแง่ง่ายฮิกส์ boson - อนุภาคมีราคาแพงที่สุดของเวลาทั้งหมด หาก ค้นพบของอิเล็กตรอน เช่นเป็นหลอดสุญญากาศเพียงพอและคู่ของจิตใจสดใสค้นหาสำหรับฮิกส์ boson เรียกร้องจัดตั้งพลังงานนำร่องที่ไม่ค่อยเห็นในโลก ขนาดใหญ่ Hadron Collider ไม่ต้องแนะนำเป็นหนึ่งในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงมากที่สุดและประสบความสำเร็จ แต่อนุภาคโปรไฟล์ของเขาเป็นก่อนที่จะถูกปกคลุมไปด้วยความลึกลับสำหรับส่วนใหญ่ของประชากร เธอได้รับการเรียกว่าอนุภาคพระเจ้า แต่ขอบคุณความพยายามของนับพันตัวอักษรของนักวิทยาศาสตร์ที่เราไม่ควรจะใช้ชีวิตอยู่ให้ได้รับ

ไม่รู้จักล่าสุด

อะไรคือสิ่งที่ ฮิกส์ boson และสิ่งที่เป็นความสำคัญของการค้นพบของเขาได้หรือไม่ ทำไมเขาถึงกลายเป็นเรื่องของ hype มากและการจัดหาเงินทุนข้อมูลที่ผิดหรือไม่ ด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรกก็คืออนุภาคที่ยังไม่ได้เปิดสุดท้ายที่จำเป็นสำหรับการยืนยันจากรุ่นมาตรฐานของฟิสิกส์ การค้นพบของเธอหมายความว่าทั้งรุ่นของสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้รับในไร้สาระ ประการที่สอง Boson ให้อนุภาคอื่น ๆ มวลของพวกเขาซึ่งจะทำให้มันความสำคัญเป็นพิเศษและ "มายากล" เรามักจะคิดของมวลเป็นคุณสมบัติภายในประเทศของสิ่ง แต่นักฟิสิกส์เชื่อว่าเป็นอย่างอื่น ในแง่ง่ายฮิกส์ boson - อนุภาคโดยที่ฝูงโดยทั่วไปไม่ได้อยู่

อีกสนาม

เหตุผลที่ตั้งอยู่ในที่เรียกว่าสนามฮิกส์ มันได้รับการอธิบายมาก่อนสำหรับฮิกส์ boson ฟิสิกส์เพราะมันถูกคำนวณสำหรับความต้องการของทฤษฎีของตัวเองและข้อสังเกตที่ต้องปรากฏตัวของเขตข้อมูลใหม่ที่มีผลของการที่จะขยายไปทั้งจักรวาล เสริมสมมติฐานโดยการประดิษฐ์ขององค์ประกอบใหม่ของจักรวาลเป็นอันตราย ในอดีตที่ผ่านมาเช่นนี้ได้นำไปสู่การสร้างทฤษฎีของอีเธอร์ แต่การคำนวณทางคณิตศาสตร์มากขึ้นดำเนินการฟิสิกส์ที่จะเข้าใจว่าสนามฮิกส์จะต้องมีอยู่ในความเป็นจริง ปัญหาเดียวคือการขาดโอกาสในการปฏิบัติในการสังเกตนั้น

ในรูปแบบมาตรฐานฟิสิกส์ อนุภาคมูลฐาน ที่ได้รับมวลผ่านกลไกอยู่บนพื้นฐานของการดำรงอยู่ของสนามฮิกส์แทรกซึมทุกพื้นที่ มันจะสร้าง Boson ฮิกส์ซึ่งเป็นจำนวนมากของพลังงานเป็นสิ่งจำเป็นและนี่คือเหตุผลหลักว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์ต้องเร่งอนุภาคที่ทันสมัยสำหรับการทดลองพลังงานสูง

ที่ไม่น้ำหนัก?

ความแข็งแรงของการปฏิสัมพันธ์นิวเคลียร์ที่อ่อนแอกับระยะทางที่เพิ่มขึ้นลดลงอย่างรวดเร็ว ตามทฤษฎีสนามควอนตันี้หมายความว่าอนุภาคซึ่งมีส่วนร่วมในการสร้างของ - W- และ Z-bosons - ต้องมีมวลแตกต่างจากโฟตอนและกลูออนซึ่งไม่มีมวล

ปัญหาคือว่าทฤษฎีมาตรวัดการดำเนินงานเพียงองค์ประกอบเยอะ หากวัด bosons มีมวลเช่นสมมติฐานไม่สามารถระบุได้พอสมควร กลไกฮิกส์หลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยการแนะนำสนามใหม่ที่เรียกว่าสนามฮิกส์ ที่พลังงานสูงมวลของวัด bosons ไม่ได้มีและสมมติฐานที่ทำงานตามที่คาดไว้ ที่พลังงานต่ำฟิลด์รบกวนสมมาตรซึ่งจะช่วยให้องค์ประกอบมีน้ำหนัก

ฮิกส์ boson คืออะไร?

สนามฮิกส์สร้างอนุภาคที่เรียกว่าฮิกส์ bosons ทฤษฎีของน้ำหนักไม่ได้ระบุ แต่ผลของการทดลองมันก็ตั้งใจว่ามันจะมีค่าเท่ากับ 125 GeV ในแง่ง่ายการดำรงอยู่ของฮิกส์ boson ของตนในที่สุดได้รับการยืนยันรุ่นมาตรฐาน

สนามกลไกและ boson ที่ถูกตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์สก็อตปีเตอร์ฮิกส์ แม้ว่าเขาจะไม่ได้เป็นคนแรกที่เสนอแนวคิดและเป็นมักจะเกิดขึ้นในฟิสิกส์เพียงแค่เปิดออกมาเป็นหลังจากที่พวกเขาตั้งชื่อ

ทำลายสมมาตร

ก็เชื่อว่าฮิกส์เป็นผู้รับผิดชอบต่อความจริงที่ว่าอนุภาคที่มีมวลไม่ควรถูกครอบงำโดยมัน มันเป็นสื่อสากล endowing อนุภาคโดยไม่ต้องมวลของมวลชนที่แตกต่างกัน สมมาตรดังกล่าวมาประกอบการทำลายโดยการเปรียบเทียบกับแสง - ทุกความยาวคลื่นในการย้ายสุญญากาศที่ความเร็วเท่ากันในแต่ละความยาวคลื่นเดียวกันปริซึมสามารถจัดสรร นี้แน่นอน, การเปรียบเทียบที่ไม่ถูกต้องเนื่องจากแสงสีขาวมีความยาวคลื่นทั้งหมด แต่ตัวอย่างที่แสดงให้เห็นถึงวิธีการสร้างสนามฮิกส์เป็นตัวแทนมวลสมมาตรผ่านการละเมิด ปริซึมแบ่งสมมาตรของความเร็วของความยาวคลื่นที่แตกต่างของแสงแยกพวกเขาและสนามฮิกส์เชื่อว่าจะทำลายสมมาตรของมวลอนุภาคบางที่อื่นเยอะแฟ่บ

วิธีการอธิบายในภาษาง่ายๆฮิกส์ boson? เมื่อเร็ว ๆ นี้นักฟิสิกส์ตระหนักดีว่าถ้าสนามฮิกส์ไม่อยู่ก็จะต้องมีการให้บริการที่เหมาะสมกับคุณสมบัติที่สามารถสังเกต สันนิษฐานว่าอนุภาคนี้จะได้รับการปฏิบัติ bosons ฮิกส์ภาษาที่ง่าย - ความแรงที่เรียกว่าผู้ให้บริการเป็นเช่นเดียวกับโฟตอนซึ่งเป็นสายการบินของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของจักรวาล โฟตอนในความรู้สึกเป็น excitations ท้องถิ่นเช่นฮิกส์คือการกระตุ้นในท้องถิ่นของฟิลด์ หลักฐานของการดำรงอยู่ของฟิสิกส์อนุภาคที่มีคุณสมบัติที่คาดว่าแทบจะเทียบเท่ากับหลักฐานโดยตรงของการดำรงอยู่ของเขตข้อมูล

การทดลอง

หลายปีของการวางแผนที่ได้รับอนุญาต Large Hadron Collider (LHC) ที่จะกลายเป็นประสบการณ์ที่มีศักยภาพเพียงพอที่จะหักล้างทฤษฎีของฮิกส์ boson 27 กมแหวนหนักแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเร่งอนุภาคที่มีประจุไปยังส่วนที่สำคัญของ ความเร็วของแสงที่ ก่อให้เกิดการปะทะกันของแรงเพียงพอที่จะแบ่งได้เป็นส่วนประกอบและยังทำให้เสียโฉมพื้นที่รอบ ๆ จุดของผลกระทบ มันเป็นที่คาดว่าเมื่อพลังงานชนระดับสูงเพียงพอที่สามารถเรียกเก็บเงิน Boson เพื่อที่จะทำลายและมันจะมองเห็นได้ พลังงานนี้เป็นเพื่อที่ดีที่บางคนถึงกับตกใจและคาดการณ์จุดสิ้นสุดของโลกและอื่น ๆ ขายจินตนาการเพื่อให้การค้นพบของฮิกส์ boson ถูกอธิบายว่าเป็นเหลือบในมิติอื่น

การยืนยันครั้งสุดท้าย

ข้อสังเกตเบื้องต้นก็ลำบากในความเป็นจริงการทำนายท้าทายและไม่มีสัญญาณว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจสอบอนุภาค นักวิจัยบางคนที่เข้าร่วมในการรณรงค์เพื่อการใช้จ่ายของพันล้านดอลลาร์แม้จะปรากฏบนจอโทรทัศน์และกล่าวอย่างถ่อมตัวจริงที่ว่าพิสูจน์ของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เป็นเพียงเป็นสิ่งสำคัญที่จะได้รับการยืนยัน หลังจากที่ในขณะ แต่เริ่มเป็นรูปเป็นร่างในการวัดภาพรวมและ 14 มีนาคม 2013 เซิร์นประกาศอย่างเป็นทางการยืนยันการมีอยู่ของอนุภาคที่ ไม่มีเหตุผลที่จะถือว่าการดำรงอยู่ของ bosons หลายมี แต่ความคิดที่ต้องการศึกษาต่อ

สองปีต่อมาหลังจากที่เซิร์นประกาศการค้นพบอนุภาคนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเกี่ยวกับ Large Hadron Collider ก็สามารถที่จะยืนยันเรื่องนี้ ในมือข้างหนึ่งมันเป็นชัยชนะที่ยิ่งใหญ่สำหรับวิทยาศาสตร์ในมืออื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากได้รับผิดหวัง ถ้าใครหวังว่าฮิกส์โบซอนจะเป็นอนุภาคที่จะนำไปสู่พื้นที่ที่แปลกและน่าแปลกใจเกินกว่ารุ่นมาตรฐาน - การ supersymmetry, สสารมืดพลังงานมืด - ว่าโชคไม่ดีที่มันไม่เป็นเช่นนั้น

ศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฟิสิกส์ได้รับการยืนยันการสลายตัวของเฟอร์มิออนเข้าไป รุ่นมาตรฐาน คาดการณ์ว่าในแง่ง่ายฮิกส์ boson คืออนุภาคที่ช่วยให้มวลเฟอร์มิออนพวกเขา เครื่องตรวจจับ CMS Collider ในที่สุดได้รับการยืนยันการสลายตัวของพวกเขาเป็นเฟอร์มิออน - ควาร์กล่างและ leptons เอกภาพ

ฮิกส์กล่าวง่ายๆ: มันคืออะไร?

การศึกษาครั้งนี้ได้รับการพิสูจน์แน่ชัดว่ามันคือ Higgs Boson คาดการณ์โดยรุ่นมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคมูลฐาน มันตั้งอยู่ในพื้นที่ของมวลพลังงาน 125 GeV ที่ไม่เคยมีใครปั่นและสามารถสลายตัวลงไปในส่วนใหญ่ขององค์ประกอบแสง - .. การจับคู่ของโฟตอน, เฟอร์มิออน ฯลฯ ด้วยเหตุนี้เรามั่นใจได้ว่าฮิกส์ boson ที่พูดภาษาง่ายๆเป็นอนุภาค ให้จำนวนมากทุกอย่าง

ผิดหวังจากการทำงานมาตรฐานขององค์ประกอบที่ค้นพบใหม่ หากการล่มสลายของมันแตกต่างกันนิด ๆ หน่อย ๆ เขาจะได้รับการเชื่อมโยงกับเฟอร์มิออนเป็นอย่างอื่นและจะเพิ่มขึ้นไปยังพื้นที่ใหม่ของการวิจัย ในทางตรงกันข้ามนี้หมายความว่าเราอาจจะไม่ได้สูงเกินกว่าขั้นตอนรูปแบบมาตรฐานซึ่งไม่บัญชีสำหรับแรงโน้มถ่วงพลังงานมืดสสารมืดและปรากฏการณ์ที่แปลกประหลาดอื่น ๆ ของความเป็นจริง

เราสามารถคาดการณ์เกี่ยวกับสิ่งที่พวกเขาเรียกว่า SUSY ทฤษฎีที่นิยมมากที่สุดซึ่งระบุว่าอนุภาคของรุ่นมาตรฐานทุกคนมี superpartner หนักมาก (จึงทำให้ 23% ของจักรวาล - สสารมืด) อัพเดท Collider กับสองเท่าของพลังงานการชนกันของ 13 TeV ที่อาจจะช่วยให้การค้นพบเหล่านี้ superparticle มิฉะนั้น supersymmetry ต้องรอสำหรับการก่อสร้างของทายาท LHC ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

แนวโน้มในอนาคต

ดังนั้นสิ่งที่จะเป็นฟิสิกส์หลังจากที่ฮิกส์ boson หรือไม่ LHC เพิ่งเปิดใหม่มีการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญและสามารถที่จะเห็นทุกอย่าง - จากการปฏิสสารกับพลังงานมืด เป็นที่เชื่อว่า สสารมืด มีปฏิสัมพันธ์กับปกติโดยเฉพาะแรงโน้มถ่วงและผ่านการสร้างของมวลชนและความคุ้มค่าของฮิกส์ boson เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจวิธีการทำงานนี้ ข้อเสียเปรียบหลักของรุ่นมาตรฐานก็คือว่ามันไม่สามารถบัญชีสำหรับผลกระทบของแรงโน้มถ่วง - รูปแบบดังกล่าวอาจจะเรียกว่าทฤษฎีเอกภาพที่ดี - และบางคนเชื่อว่าอนุภาคและสนามฮิกส์สามารถเป็นสะพานที่ฟิสิกส์ให้หมดพยายามที่จะหา

การดำรงอยู่ของฮิกส์ boson ได้รับการยืนยัน แต่ก่อนที่ความเข้าใจของมันยังคงอยู่ห่างไกลมาก ข้องแวะถ้าการทดลองในอนาคต supersymmetry และความคิดของการขยายตัวไปยังสสารมืดมาก? หรือพวกเขาจะยืนยันทุกอย่างในรายละเอียดที่เล็กที่สุดการคาดการณ์ของแบบจำลองมาตรฐานของคุณสมบัติของฮิกส์ boson ที่มีพื้นที่ของการวิจัยนี้จะทำไปด้วยตลอดไป?