En kollision, der er registreret i ATLAS detectorGraphic: ATLAS/CERN
Forskerne kan ikke tage billeder af Higgs-partiklen. Men kan de finde bevis på sin eksistens ved at se “E=mc2” spille ud i hundredvis af millioner af partikel-kollisioner per sekund, og opdage, hvordan det henfalder til andre partikler, som de ikke kender hvordan til at spotte. Nu, seks år efter officielt at opdage Higgs-partiklen, partikel fysikere er at annoncere, at de har spottet Higgs-på en anden måde.
Denne meddelelse er ikke en overraskelse. Det svarer til forudsigelser af Standard-Modellen for partikel fysik, rock-solid, men formentlig en ufuldstændig plan for Universet på de mindste skalaer. Men nyheden er helt sikkert vigtigt, og man kan sige, at det lukker det første kapitel af Higgs boson ‘ s historie, og kan tilbyde en potentiel mulighed for at udforske nogle af de mest forstyrrende spørgsmål i Universet.
“Det er første gang, vi har set Higgs-kobling til bund kvarker, som var blevet forudsagt,” John Huth, en Harvard University partikel fysiker, der arbejder på ATLAS samarbejde ved CERN i Schweiz, fortalte Gizmodo. “Vi troede, det ville ske, men indtil vi så den, ville vi ikke vide med sikkerhed, at det er koblet til kvarker på denne måde.”
For halvtreds år siden, et team af forskere, herunder Peter Higgs, første teorier om Higgs-partiklen eksisterer. Den teoretiske partikel ville forklare, hvorfor visse partikler, der bør være tidskrift faktisk har masse, og potentielt hvorfor alle de grundlæggende partikler har masse. En milliard-dollar søge sikret, resulterer i opdagelsen af en partikel, der så en hel masse som Higgs-partiklen, som forskere ved Large Hadron Collider ‘ s ATLAS og CMS forsøg offentliggjort i juli 4, 2012.
De originale eksperimenter spottet Higgs-kandidat ved at smække sammen protoner og observere, hvad der kom ud. De sammenlignede disse resultater til simuleringer af, hvordan den resulterende kollisioner ville se ud, hvis den nye partikel ikke eksisterer. Omkring 30 procent af Higgs-bosoner, der produceres i disse kollisioner skal producere enten et sæt af fotoner eller et sæt af W og Z bosoner, de partikler, der bærer den svage kernekraft (en af de fire fundamentale kræfter). Men næsten 60 procent af Higgs-bosoner skal henfalde i et par af bunden kvarker—andet-tungeste af de seks kvarker.
Alle tilgængelige beviser, har gjort det temmelig klart, at den nye partikel var, i virkeligheden, Higgs-partiklen, men fundet af Higgs gennem bunden quark forfald var meget vanskeligere end at finde det via fotoner eller W og Z bosoner. Fotoner er indlysende i de detektorer, og Ws og Zs sig selv henfalder til par muons eller elektroner, også let-at-forstå-og opdage partikler, Sarah Charley skriver for Symmetri Magasin. Men bunden kvarker se meget messier i detektoren, og det er let at forveksle bunden quark-par, der kommer fra Higgs-bosoner med dem, der er fremstillet på andre måder.
ATLAS-samarbejdet har endelig sagde, at det har set nok proton kollisioner og deraf følgende bunden kvarker til at berettige en meddelelse om opdagelsen i 2018 Internationale Konference om Høj Energi Fysik (ICHEP) i Seoul, Sydkorea. Du kan måske huske den sætning “standardafvigelser,” eller “sigmas,” en tærskel, at fysikere bruger til at bestemme, hvor usandsynligt det er, at deres målinger ville være sket ved en tilfældighed, om deres hypotese var forkert. Fem sigma er benchmark partikel fysikere bruger til at sige at, efter at der er taget masser af data, hvilket ikke er så usandsynligt, at være sket ved en tilfældighed, at de har gjort en opdagelse. Fysikerne her fik deres fem-sigma observation, en konstatering af, i overensstemmelse med den Standard modellens forudsigelser.
Fysikere på den anden Higgs-jagt Large Hadron Collider eksperiment, CMS, bemærkes, discovery vanskeligheder. “ATLAS var nødt til at kombinere alle data, der nogensinde er indsamlet af LHC siden 2011… og selv da, fancy tricks som dybt kunstige neurale net og andre machine learning var nødvendigt,” Freya Blekman, fysiker på Vrije Universiteit Brussel, fortalte Gizmodo. CMS vil frigive lignende resultater på opdagelse snart.
Huth var spændt på om resultatet for nogle eksistentielle årsager. På den ene side, Higgs-partiklen og tilbyder en måde for partikler for at få massen gennem en form for fysisk felt, der gennemsyrer Universet. På den anden side, den kraft der virker mellem masserne, tyngdekraft, ikke synes at passe ind i den samme kvantemekaniske teori, der beskriver, Higgs-partiklen og det paradigme, der lige efter Big Bang, hvor den svage kernekraft og den elektromagnetiske kraft blev forenet. En måde til bedre at løse dette problem kunne være at forstå det mærkelige felt, der ledsager Higgs. Det kræver læring om, hvordan Higgs interagerer med sig selv, en adfærd, der kunne undersøges ved at se på de fire nederste kvarker, der stammer fra et sådant samspil.
“Vi er på dette interessant tidspunkt, hvor vi har brug for flere oplysninger til at hjælpe med at udfylde dette puslespil,” sagde Huth.
Huth troede, at opdagelsen var rock-solid, men han påpegede, at det tog en masse af matematik og variabler, for at få den fem-sigma-opdagelsen—der er altid en bekymring for, at computeren gjorde noget dumt, men de har gjort mange krydskontrol. En anden fysiker fra CMS samarbejde, André David, hærdet af den spænding, der fortæller, Gizmodo, at Higgs-bosoner rådnende til bund kvarker er Standard Model forudsigelse—det er nul-resultat. Intet mærkeligt har lært endnu. Men han var begejstret for, hvordan resultaterne kan bedre forklare, hvordan kvarker få deres masse, for, da det er en måde at måle, hvor kvarker og Higgs-bosonen interagere.
Denne opdagelse er endnu et redskab til at undersøge hvor meget dybeste fundament af Universet. Men der er så meget mere at lære, og derfor, flere observationer at gøre. Sagde Huth: “Du skal bare holde skår væk på det.”
[ATLAS]