En kollisjon er tatt opp i ATLAS detectorGraphic: ATLAS/CERN
Forskerne kan ikke ta bilder av Higgs-bosonet. Men de kan finne bevis på sin eksistens ved å se “E=mc2” spille ut i hundrevis av millioner av partikkel kollisjoner per sekund og oppdage hvordan det henfaller til andre partikler, for de vet hvordan å få øye på. Nå, seks år etter offisielt å oppdage Higgs-bosonet, partikkel fysikere annonserer at de har funnet Higgs-på en annen måte.
Denne kunngjøringen er ikke en overraskelse. Det samsvarer med spådommer om standardmodellen for partikkelfysikk, rock-solid, men sannsynligvis ufullstendig blåkopi av Universet på de minste skalaene. Men nyheten er absolutt viktig; du kan si det lukker den første kapittel av Higgs-bosonet er historien, og tilbyr en potensiell vinduet for å utforske noen av de mest forvirrende spørsmål i Universet.
“Det er første gang vi har sett Higgs-kopling til kvarker, som hadde blitt spådd,” John Huth, en Harvard University partikkel fysiker som fungerer på ATLAS samarbeid på CERN i Sveits, fortalte Gizmodo. “Vi trodde det ville skje, men før vi så det, ville vi ikke vite sikkert at det er koblet til kvarker på denne måten.”
Femti år siden, et team av forskere, blant annet Peter Higgs, først teori om Higgs-bosonet eksisterer. Den teoretiske partikkel ville forklare hvorfor visse partikler som bør være massless faktisk har masse, og potensielt hvorfor alle fundamentale partikler har masse. En milliard dollar søk sikret, noe som resulterte i oppdagelsen av en partikkel som så en hel masse som Higgs-bosonet, som forskere ved Large Hadron Collider er ATLAS og CMS eksperimenter annonsert i juli 4, 2012.
De opprinnelige eksperimenter oppdaget Higgs-kandidat ved å smelle sammen protoner og observere hva som kom ut. De sammenlignet disse resultatene å simuleringer av hvordan den resulterende kollisjoner ville se ut hvis den nye partikkelen ikke eksisterer. Rundt 30 prosent av Higgs-bosoner som produseres i disse kollisjoner skal produsere enten et sett av fotoner eller et sett av W-og Z-bosoner, partikler som bærer den svake kjernekraften (en av de fire fundamentale kreftene). Men nesten 60 prosent av Higgs-bosoner bør forfall til et par av bunnen kvarker—den nest tyngste av de seks kvarker.
Alle tilgjengelige bevis har gjort det ganske klart at den nye partikkelen faktisk var Higgs-bosonet, men å oppdage Higgs gjennom bunnen quark forfall var mye vanskeligere enn å finne den via fotoner eller W-og Z-bosoner. Fotoner er åpenbare i detektorer, og Ws og Zs seg forfall i par på muoner eller elektroner, også enkel å forstå og oppdage partikler, Sarah Charley skriver for Symmetri Magazine. Men bunnen kvarker til å se mye messier i detektoren, og det er lett å forveksle bunnen quark par som kommer fra Higgs-bosoner med de som er produsert på andre måter.
ATLAS-samarbeidet har til slutt sa at det har sett nok proton-kollisjoner og resulterer bunnen kvarker til å rettferdiggjøre en kunngjøring av funn i 2018 International Conference on High Energy Physics (ICHEP) i Seoul, Sør-Korea. Du husker kanskje uttrykket “standardavvik”, eller “sigmas,” en terskel som fysikere bruker for å bestemme hvor usannsynlig det er at deres målingen ville ha skjedd ved en tilfeldighet hvis deres hypotese var falske. Fem sigma er benchmark partikkel fysikere bruker å si at, etter å ha tatt store mengder data, noe som er så usannsynlig å ha skjedd ved en tilfeldighet at de har gjort et funn. Den fysikere her fikk sine fem-sigma observasjon, en finne i samsvar med Standard modellens prediksjoner.
Fysikere på den andre Higgs-jakt Large Hadron Collider experiment, CMS, bemerket discovery ‘ s problemer. “ATLAS hadde å kombinere alle data som noensinne er samlet inn av LHC siden 2011… og selv da, fancy triks som dypt kunstige nevrale nett og andre maskinlæring var nødvendig,” Freya Blekman, fysiker ved Vrije Universiteit Brussel, fortalte Gizmodo. CMS vil slippe lignende resultater på discovery snart.
Huth var spent på resultatet for noen eksistensielle grunner. På den ene siden, Higgs-bosonet tilbyr en måte for partikler, for å få deres massen gjennom en form for fysisk feltet som gjennomtrenger Universet. På den annen side, er den kraft som virker mellom massene, gravitasjon, som ikke synes å passe inn i samme kvante-teori som beskriver Higgs-bosonet og paradigmet rett etter Big Bang, der den svake kjernekraften og elektromagnetisk kraft var united. En måte å bedre løse det problemet kan være å forstå den merkelige-feltet som følger med Higgs. Som krever læring om hvordan Higgs kommuniserer med seg selv, og en adferd som kan bli analysert ved å se på de fire nederste kvarker som resultat av et slikt samspill.
“Vi er på dette interessant tidspunktet hvor vi trenger mer informasjon for å bidra til å fylle ut dette puslespillet,” sier Huth.
Huth trodde oppdagelsen var bunnsolid, men han påpekte at det tok mye av matematikk og variabler for å få fem-sigma discovery—det er alltid en bekymring for at datamaskinen gjorde noe dumt, men de har gjort mange dobbelsjekke. En annen fysiker fra CMS samarbeid, David André, herdet spenning, forteller Gizmodo at Higgs-bosoner råtnende til bunn kvarker er Standard Modell for prediksjon—det er null resultat. Noe rart har blitt lært ennå. Men han var entusiastisk om hvordan resultatene kan bedre forklare hvordan kvarker får sin masse, også, siden det er en måte å måle hvor kvarker og Higgs-bosonet samhandle.
Dette funnet er enda et verktøy for å undersøke den aller dypeste grunnlaget av Universet. Men det er så mye mer å lære, og derfor er flere observasjoner som skal gjøres. Sa Huth: “Du må bare holde chipping unna på det.”
[ATLAS]