Me fjalë të thjeshta, bozoni Higgs është grimca më e shtrenjtë e të gjitha kohërave. Nëse, për shembull, një tub vakum dhe disa mendje të shkëlqyera mjaftonin për të zbuluar elektronin, kërkimi i bozonit Higgs kërkonte krijimin e energjisë eksperimentale, e cila rrallë gjendet në Tokë. Përplasësi i madh i Hadronit nuk ka nevojë për prezantim, duke qenë një nga eksperimentet më të famshme dhe më të suksesshme shkencore, por grimca e profilit të tij, si më parë, është e mbuluar me mister për shumicën e popullsisë. Ajo është quajtur një grimcë e Zotit, megjithatë, falë përpjekjeve të mijëra shkencëtarëve, ne nuk duhet ta pranojmë më ekzistencën e saj në besim.
E panjohura e fundit
Çfarë është bozoni Higgs dhe cila është rëndësia e zbulimit të tij? Pse është bërë objekt i kaq shumë zhurmë, financimi dhe dezinformimi? Për dy arsye. Së pari, ishte grimca e fundit e pazbuluar e nevojshme për të konfirmuar Modelin Standard të fizikës. Zbulimi i saj nënkuptonte se një brez i tërë botimesh shkencore nuk kishin qenë të kota. Së dyti, ky bozon u jep grimcave të tjera masën e tyre, gjë që i jep një kuptim të veçantë dhe njëfarë "magjie". Ne priremi të mendojmë përmasa si një veti e brendshme e gjërave, por fizikanët mendojnë ndryshe. Me fjalë të thjeshta, bozoni Higgs është një grimcë pa të cilën masa nuk ekziston në parim.
Një fushë tjetër
Arsyeja qëndron në të ashtuquajturën fushë Higgs. Ai u përshkrua edhe para bozonit Higgs, sepse fizikanët e llogaritën atë për nevojat e teorive dhe vëzhgimeve të tyre, të cilat kërkonin praninë e një fushe të re, veprimi i së cilës do të shtrihej në të gjithë Universin. Përforcimi i hipotezave duke shpikur komponentë të rinj të universit është i rrezikshëm. Në të kaluarën, për shembull, kjo çoi në krijimin e teorisë së eterit. Por sa më shumë llogaritje matematikore bëheshin, aq më shumë fizikanët e kuptonin se fusha e Higgs duhet të ekzistonte në realitet. Problemi i vetëm ishte mungesa e mjeteve praktike për ta vëzhguar atë.
Në Modelin Standard të fizikës, grimcat elementare fitojnë masë përmes një mekanizmi të bazuar në ekzistencën e fushës Higgs që përshkon të gjithë hapësirën. Ai krijon bozonet e Higgs-it, të cilët kërkojnë shumë energji dhe kjo është arsyeja kryesore pse shkencëtarët kanë nevojë për përshpejtues modern të grimcave për të kryer eksperimente me energji të lartë.
Nga vjen masa?
Forca e ndërveprimeve të dobëta bërthamore zvogëlohet me shpejtësi me rritjen e distancës. Sipas teorisë kuantike të fushës, kjo do të thotë se grimcat që përfshihen në krijimin e saj - bozonet W dhe Z - duhet të kenë masë, ndryshe nga gluonet dhe fotonet, të cilat nuk kanë masë.
Problemi është se teoritë e matësve kanë të bëjnë vetëm me elementë pa masë. Nëse bozonet matës kanë masë, atëherë një hipotezë e tillë nuk mund të përcaktohet në mënyrë të arsyeshme. Mekanizmi Higgs e shmang këtë problem duke futur një fushë të re të quajtur fusha Higgs. Në energji të larta, bozonet matës nuk kanë masë dhe hipoteza funksionon siç pritej. Në energji të ulëta, fusha shkakton një thyerje simetrie që lejon elementët të kenë masë.
Çfarë është bozoni Higgs?
Fusha Higgs prodhon grimca të quajtura bozone Higgs. Masa e tyre nuk përcaktohet nga teoria, por si rezultat i eksperimentit u konstatua se është e barabartë me 125 GeV. Me fjalë të thjeshta, bozoni Higgs ka konfirmuar përfundimisht Modelin Standard me ekzistencën e tij.
Mekanizmi, fusha dhe bozoni mbajnë emrin e shkencëtarit skocez Peter Higgs. Edhe pse ai nuk ishte i pari që i propozoi këto koncepte, por, siç ndodh shpesh në fizikë, ai thjesht ndodhi që të ishte ai me emrin e të cilit u emëruan ato.
Simetri e thyer
Fusha Higgs mendohej të ishte përgjegjëse për faktin se grimcat që nuk duhet të kishin masë. Ky është një medium universal që pajis grimcat pa masë me masa të ndryshme. Një shkelje e tillë e simetrisë shpjegohet me analogji me dritën - të gjitha gjatësitë e valëve lëvizin në vakum me të njëjtën shpejtësi, ndërsa në një prizëm çdo gjatësi vale mund të dallohet. Kjo është, natyrisht, një analogji e pasaktë, pasi drita e bardhë përmban të gjitha gjatësitë e valëve, por shembulli tregon se sikrijimi i masës nga fusha Higgs duket se është për shkak të thyerjes së simetrisë. Një prizëm thyen simetrinë e shpejtësisë së gjatësive të ndryshme valore të dritës duke i ndarë ato, dhe fusha e Higgs mendohet se thyen simetrinë e masave të disa grimcave që përndryshe janë simetrikisht pa masë.
Si të shpjegoni bozonin Higgs me terma të thjeshtë? Vetëm kohët e fundit fizikanët e kanë kuptuar se nëse fusha e Higgs ekziston vërtet, funksionimi i saj do të kërkojë praninë e një bartësi të përshtatshëm me vetitë për shkak të të cilave mund të vëzhgohet. Supozohej se kjo grimcë i përkiste bozoneve. Me fjalë të thjeshta, bozoni Higgs është e ashtuquajtura forcë bartëse, e njëjtë me fotonet, të cilat janë bartës të fushës elektromagnetike të Universit. Fotonet, në një farë kuptimi, janë ngacmimet e tij lokale, ashtu si bozoni Higgs është një ngacmim lokal i fushës së tij. Vërtetimi i ekzistencës së një grimce me vetitë e pritura nga fizikanët ishte, në fakt, e barabartë me vërtetimin e drejtpërdrejtë të ekzistencës së një fushe.
Eksperiment
Shumë vite planifikimi kanë lejuar që Përplasësi i Madh i Hadronit (LHC) të bëhet një testament për një mohim të mundshëm të teorisë së bozonit Higgs. Një unazë 27 km e elektromagnetëve super të fuqishëm mund të përshpejtojë grimcat e ngarkuara në fraksione të konsiderueshme të shpejtësisë së dritës, duke shkaktuar përplasje mjaft të forta për t'i ndarë ato në përbërësit e tyre, si dhe të deformojë hapësirën rreth pikës së goditjes. Sipas llogaritjeve, në një energji përplasjeje të një niveli mjaft të lartë, është e mundur të ngarkohet një bozon në mënyrë që të kalbet, dhe kjo mund të jetëdo të shikojë. Kjo energji ishte aq e madhe sa disa madje u kapën nga paniku dhe parashikuan fundin e botës, dhe fantazia e të tjerëve shkoi aq larg sa zbulimi i bozonit Higgs u përshkrua si një mundësi për të parë një dimension alternativ.
Konfirmimi përfundimtar
Vëzhgimet fillestare dukej se në fakt hodhën poshtë parashikimet dhe asnjë shenjë e grimcës nuk mund të gjendej. Disa nga studiuesit e përfshirë në fushatën për të shpenzuar miliarda dollarë madje u shfaqën në televizion dhe deklaruan me butësi faktin se përgënjeshtrimi i një teorie shkencore është po aq i rëndësishëm sa konfirmimi i saj. Megjithatë, pas disa kohësh, matjet filluan të plotësojnë pamjen e përgjithshme dhe më 14 mars 2013, CERN njoftoi zyrtarisht konfirmimin e ekzistencës së grimcave. Ka prova që sugjerojnë ekzistencën e bozoneve të shumta, por kjo ide ka nevojë për studim të mëtejshëm.
Dy vjet pasi CERN njoftoi zbulimin e grimcës, shkencëtarët që punonin në Përplasësin e Madh të Hadronit ishin në gjendje ta konfirmonin atë. Nga njëra anë, kjo ishte një fitore e madhe për shkencën, dhe nga ana tjetër, shumë shkencëtarë ishin të zhgënjyer. Nëse dikush do të kishte shpresuar se bozoni Higgs do të ishte grimca që do të çonte në rajone të çuditshme dhe të mrekullueshme përtej Modelit Standard - supersimetria, materia e errët, energjia e errët - atëherë, për fat të keq, doli se nuk ishte kështu.
Një studim i botuar në Nature Physics ka konfirmuar zbërthimin në fermione. Modeli Standard parashikon që, në terma të thjeshtë, bozonHiggs është grimca që i jep fermioneve masën e tyre. Detektori i përplasësit CMS më në fund konfirmoi zbërthimin e tyre në fermione - kuarkë poshtë dhe tau lepton.
Bozoni Higgs me terma të thjeshtë: çfarë është ai?
Ky studim më në fund ka konfirmuar se ky është bozoni Higgs i parashikuar nga Modeli Standard i fizikës së grimcave. Ndodhet në rajonin e energjisë së masës prej 125 GeV, nuk ka rrotullim dhe mund të kalbet në shumë elementë më të lehtë - çifte fotonesh, fermionesh etj. Falë kësaj, mund të themi me bindje se bozoni Higgs, në terma të thjeshtë, është një grimcë që i jep masë çdo gjëje.
Jam i zhgënjyer me sjelljen e paracaktuar të një elementi të sapohapur. Nëse prishja e tij do të ishte edhe pak më ndryshe, do të lidhej ndryshe me fermionet dhe do të dilnin rrugë të reja kërkimi. Nga ana tjetër, kjo do të thotë se ne nuk kemi lëvizur asnjë hap përtej Modelit Standard, i cili nuk merr parasysh gravitetin, energjinë e errët, lëndën e errët dhe fenomene të tjera të çuditshme të realitetit.
Tani mund të merret me mend vetëm se çfarë i shkaktoi. Teoria më e njohur është supersimetria, e cila thotë se çdo grimcë në Modelin Standard ka një superpartner tepër të rëndë (duke përbërë kështu 23% të universit - materien e errët). Përmirësimi i përplasësit, duke dyfishuar energjinë e tij të përplasjes në 13 TeV, ka të ngjarë të bëjë të mundur zbulimin e këtyre supergrimcave. Përndryshe, supersimetria do të duhet të presë për ndërtimin e një pasuesi më të fuqishëm të LHC.
Perspektiva të mëtejshme
Pra, si do të jetë fizika pas bozonit Higgs? LHC kohët e fundit ka rifilluar punën e tij me përmirësime të konsiderueshme dhe është në gjendje të shohë gjithçka nga antimateria tek energjia e errët. Besohet se materia e errët ndërvepron me lëndën e zakonshme vetëm përmes gravitetit dhe përmes krijimit të masës, dhe rëndësia e bozonit Higgs është çelësi për të kuptuar saktësisht se si ndodh kjo. E meta kryesore e Modelit Standard është se ai nuk mund të shpjegojë efektet e gravitetit - një model i tillë mund të quhet Teoria e Madhe e Unifikuar - dhe disa besojnë se grimca dhe fusha e Higgs mund të jenë ura që fizikanët janë kaq të dëshpëruar për të gjetur.
Ekzistenca e bozonit Higgs është konfirmuar, por kuptimi i plotë i tij është ende shumë larg. A do të hedhin poshtë eksperimentet e ardhshme supersimetrinë dhe idenë e zbërthimit të saj në vetë lëndën e errët? Apo do të konfirmojnë çdo detaj të fundit të parashikimeve të Modelit Standard në lidhje me vetitë e bosonit Higgs dhe do t'i japin fund kësaj zone të kërkimit përgjithmonë?
