Een botsing is opgenomen in de ATLAS detectorGraphic: ATLAS/CERN
Wetenschappers kunnen geen foto ‘ s maken van het Higgs-boson. Maar ze vindt het bewijs van zijn bestaan door te kijken naar “E=mc2” uit te spelen in de honderden miljoenen deeltjes botsingen per seconde en het opsporen van hoe het vergaat in andere deeltjes, ze weten wel hoe spot. Nu, zes jaar na het officieel het ontdekken van het Higgs-boson, deeltjes fysici met de mededeling dat ze hebben gezien het Higgs-op een andere manier.
Deze aankondiging is geen verrassing. Dit komt overeen met de voorspellingen van het Standaard Model van de deeltjesfysica, de rots-vast maar waarschijnlijk onvolledige blauwdruk van het Universum op de kleinste schalen. Maar het nieuws is zeker belangrijk; je zou kunnen zeggen dat het sluiten van het eerste hoofdstuk van het Higgs-boson ‘ s verhaal, en biedt een potentiële venster om te verkennen enkele van de meest verwarrende vragen in het Universum.
“Het is de eerste keer dat we gezien hebben het Higgs-de koppeling aan de onderkant quarks, die voorspeld was,” John Huth, een Harvard-Universiteit deeltjesfysicus die werkt aan de ATLAS samenwerking bij CERN in Zwitserland, vertelde Gizmodo. “We dachten dat het zou gebeuren, maar totdat we zagen, zouden we het niet zeker weten dat het gekoppeld aan quarks op deze manier.”
Vijftig jaar geleden, een team van wetenschappers, waaronder Peter Higgs, de eerste theorie is het Higgs-boson ‘ s bestaan. De theoretische deeltje zou verklaren waarom bepaalde deeltjes die moeten worden massless eigenlijk massa hebben, en mogelijk de reden waarom alle elementaire deeltjes massa hebben. Een miljard-dollar-zoeken gewaarborgd, wat resulteert in de ontdekking van een deeltje dat er een hele hoop als het Higgs-boson, die wetenschappers van de Large Hadron Collider van de ATLAS-en CMS-experimenten aangekondigd op 4 juli 2012.
Deze originele experimenten zag het Higgs kandidaat door dichtslaande samen protonen en te observeren wat er uit kwam. Vergeleken ze die resultaten simulaties van hoe de daaruit voortvloeiende botsingen eruit zou zien als het nieuwe deeltje niet zou bestaan. Ongeveer 30 procent van de Higgs-bosonen die in deze botsingen moet leiden tot een set van fotonen of een set van W-en Z-bosonen, deeltjes die de zwakke kernkracht (een van de vier fundamentele krachten). Maar bijna 60 procent van de Higgs-bosonen zouden vervallen tot een paar van de bodem quarks—de op een na zwaarste van de zes quarks.
Uit de beschikbare gegevens is het vrij duidelijk is dat het nieuwe deeltje was, in feite, het Higgs-boson, maar het spotten van het Higgs-via de bottom quark verval was veel moeilijker dan het vinden van het via fotonen of de W-en Z-bosonen. Fotonen zijn duidelijk in de detectoren, en Ws en Zs zelf verval in paren van muonen of elektronen, ook eenvoudig te begrijpen-en te detecteren deeltjes, Sarah Charley schrijft voor Symmetrie Magazine. Maar de bottom quarks er veel rommeliger in de detector, en het is gemakkelijk te verwarren bottom-quark paren die afkomstig zijn van Higgs bosonen met die op andere manieren.
De ATLAS samenwerking heeft uiteindelijk gezegd dat hij genoeg gezien proton botsingen en de daaruit voortvloeiende onder quarks te rechtvaardigen van een aankondiging van de ontdekking van de 2018 Internationale Conferentie op de Hoge-Energie Fysica (ICHEP) in Seoul, Zuid-Korea. Misschien herinner je je nog de zinsnede “standaard-afwijking” of “sigma”, een drempel die natuurkundigen gebruiken om te bepalen hoe onwaarschijnlijk het is dat hun meting zou toevallig zijn als hun hypothese onwaar waren. Vijf sigma is de benchmark deeltjes fysici gebruiken om te zeggen dat, na het nemen van tal van gegevens, iets is zo onwaarschijnlijk dat gebeurde per toeval dat ze hebben een ontdekking gedaan. De natuurkundigen hier kregen hun vijf-sigma observatie, een bevinding in overeenstemming met het Standaard Model van de voorspellingen.
Natuurkundigen aan de andere Higgs-jacht Large Hadron Collider experiment, CMS, merkte de ontdekking van de moeilijkheden. “ATLAS moest combineren alle gegevens die ooit verzameld door de LHC sinds 2011… en zelfs dan, mooie trucs zoals diepe kunstmatige neurale netwerken en machine learning noodzakelijk was,” Freya Blekman, fysicus aan de Vrije Universiteit Brussel, vertelde Gizmodo. CMS release vergelijkbare resultaten op de ontdekking snel.
Huth is enthousiast over het resultaat voor sommige existentiële redenen. Aan de ene kant, het Higgs-deeltje biedt een manier voor deeltjes hun massa door middel van een soort van fysieke veld dat het Universum doordringt. Aan de andere kant, de kracht die werkt tussen massa, zwaartekracht, lijkt niet te passen in dezelfde quantum theorie die beschrijft het Higgs-boson en het paradigma vlak na de Big Bang, waarin de zwakke kernkracht en de elektromagnetische kracht waren verenigd. Een manier om beter op te lossen dat probleem zou kunnen worden om juist het vreemde veld dat bij de Higgs. Dat moet het leren over hoe het Higgs omgaat met zichzelf, een gedrag dat kan worden onderzocht door te kijken naar de onderste vier quarks als gevolg van een dergelijke interactie.
“We zijn op dit interessant punt, waar we meer informatie nodig hebben te helpen invullen van deze puzzel,” zei Huth.
Huth dacht dat de ontdekking was solide, maar hij wees erop dat het kost wel wat van wiskunde en variabelen om de vijf sigma-discovery—is er altijd de zorg dat de computer deed iets stoms, maar ze gedaan hebben vele cross-checks. Een andere fysicus van het CMS samenwerking, André David, gehard door de opwinding, het vertellen van Gizmodo dat Higgs-bosonen rottend naar beneden quarks is het Standaard Model voorspelling—het is de nul-resultaat. Niets raar is nog geleerd. Maar hij was enthousiast over hoe de resultaten kunnen beter uitleggen hoe quarks krijgen hun massa, ook, want het is een manier om te meten hoe de quarks en de Higgs-boson communiceren.
Door deze ontdekking is nog een ander hulpmiddel om sonde ten diepste fundament van het Universum. Maar er is zo veel meer te leren, en dus meer waarnemingen worden gedaan. Zei Huth: “Je moet gewoon blijven ploeteren.”
[ATLAS]