Всі ми знаємо і любимо бозон Хіггса - який на злість фізиків помилково позначають у ЗМІ як "божу частинку" - субатомну частинку, вперше помічену у Великому адронному колайдері (LHC) ще у 2012 році. Ця частинка є частиною поля, яке пронизує весь простір-час; він взаємодіє з багатьма частинками, такими як електрони та кварки, забезпечуючи ті частинки масою, що досить круто.
Але Хіггс, який ми помітили, був напрочуд легким. За нашими найкращими оцінками, це мало бути набагато важчим. Це відкриває цікаве питання: Звичайно, ми помітили бозон Хіггса, але це був єдиний бозон Хіггса? Чи більше плаває там, роблячи свої речі?
Хоча у нас поки немає жодних доказів більш важкого Хіггса, команда дослідників, що базуються на LHC, найбільшій у світі розгромі атомів, розбирається в цьому питанні. І говориться, що, коли протони розбиваються всередині кільцеподібного коллайдера, здоровенні частинки Хіггса і навіть Хіггса, складені з різних типів Хіггса, можуть вийти з укриття.
Якщо важкі Хіггси дійсно існують, то нам потрібно перенастроїти своє розуміння Стандартної моделі фізики частинок з новим з'ясуванням того, що Хіггсу набагато більше, ніж очі. І в цих складних взаємодіях може бути підказка всього - від маси примарної нейтринної частинки до остаточної долі Всесвіту.
Все про бозон
Без бозона Хіггса, в основному, вся Стандартна модель падає. Але щоб поговорити про бозона Хіггса, спершу нам потрібно зрозуміти, як Стандартна модель розглядає Всесвіт.
У нашому найкращому розумінні субатомного світу за допомогою Стандартної моделі те, що ми вважаємо частинками, насправді не дуже важливе. Натомість є поля. Ці поля пронизують і просочують весь простір та час. Для кожного виду частинок є одне поле. Отже, є поле для електронів, поле для фотонів і так далі і так далі. Те, що ви вважаєте частинками, - це справді локальні невеликі коливання в їх конкретних областях. І коли частинки взаємодіють (скажімо, відскакуючи одне від одного), це справді вібрації в полях, які займаються дуже складним танцем.
Бозон Хіггса має особливий вид поля. Як і інші поля, він пронизує весь простір і час, а також отримує можливість спілкуватися та грати з полями всіх інших.
Але в полі Хіггса є дві дуже важливі завдання, які неможливо досягти жодною іншою сферою.
Її перше завдання - спілкуватися з босонами W і Z (через відповідні поля), носіями слабкої ядерної сили. Розмовляючи з цими іншими бозонами, Хіггс здатний надати їм масу і переконатися, що вони залишаються відокремленими від фотонів, носіїв електромагнітної сили. Без перешкод бозона Хіггса всі ці носії були б об'єднані разом, і ці дві сили злилися б разом.
Інша робота бозона Хіггса - розмовляти з іншими частинками, як електронами; завдяки цим розмовам це також дає їм масу. Це все добре спрацьовує, оскільки у нас немає іншого способу пояснення маси цих частинок.
Легкий і важкий
Це все було розроблено в 1960-х роках через низку складних, але впевнено елегантних математик, але існує лише одна крихітна сутичка до теорії: Немає реального способу передбачити точну масу бозона Хіггса. Іншими словами, коли ви шукаєте частинку (що є невеликою локальною вібрацією набагато більшого поля) в колайдарі частинок, ви не знаєте, що саме і де ви збираєтесь її знайти.
У 2012 році вчені з LHC оголосили про відкриття бозона Хіггса після того, як знайшли кілька частинок, що представляють поле Хіггса, коли протони були розбиті один про одного з ближньою швидкістю світла. Ці частинки мали масу 125 гігаелектронвольт (GeV), або приблизно в еквіваленті 125 протонів - так це важко, але не неймовірно величезно.
На перший погляд, все це чудово звучить. Фізики насправді не мали твердого передбачення для маси бозона Хіггса, тому це може бути будь-яким, що він хотів би бути; ми виявили масу в межах енергетичного діапазону LHC. Вириваємо міхур, і почнемо святкувати.
За винятком того, що існують якісь нерішучі, подібні до націлування напівпрогнози щодо маси бозона Хіггса на основі того, як він взаємодіє з ще однією частинкою - верхнім кварком. Ці розрахунки прогнозують число, що перевищує 125 GeV. Це може бути просто те, що ці прогнози невірні, але тоді ми повинні повернутись до математики і з'ясувати, куди йдуть справи. Або невідповідність між широкими прогнозами та реальністю того, що було знайдено всередині LHC, може означати, що історія бозона Хіггса є більше.
Величезний Хіггс
Там дуже добре могло бути ціле безліч бозонів Хіггса, які занадто важкі для нас, щоб побачити його сучасне покоління колайдерів. (Масично-енергетична річ повертається до відомого рівняння Ейнштейна E = mc ^ 2, яке показує, що енергія - це маса, а маса - це енергія. Чим більша маса частинки, тим більше енергії вона має і тим більше енергії потрібно для створення цього здоровенного річ.)
Насправді, деякі спекулятивні теорії, які висувають наші знання з фізики за межі Стандартної моделі, передбачають існування цих важких бозонів Хіггса. Точна природа цих додаткових персонажів Гіггса залежить, звичайно, від будь-якого просто-одного або двох надважких полів Хіггса до навіть складених структур, виготовлених з безлічі різних видів бозонів Хіггса.
Теоретики важко працюють, намагаючись знайти будь-який можливий спосіб перевірити ці теорії, оскільки більшість з них просто недоступні для сучасних експериментів. У недавньому документі, поданому до Журналу фізики високих енергій та опублікованому в Інтернеті в журналі передпринт архів, arxiv команда фізиків висунула пропозицію шукати існування більше бозонів Хіггса, спираючись на особливий спосіб, яким частинки можуть розпадатися на більш легкі, легко впізнавані частинки, такі як електрони, нейтрино та фотони. Однак ці занепади є надзвичайно рідкісними, так що, хоча ми в принципі зможемо знайти їх за допомогою LHC, на пошуки достатньо даних буде потрібно ще багато років.
Коли справа доходить до важких Хіггсів, нам просто доведеться набратися терпіння.
