År 2012 rapporterade forskare om en av de största utvecklingarna inom kvantfysiken – upptäckten av Higgs-bosonen, den fundamentala partikeln som bär kraften från Higgsfältet och som är ansvarig för att ge massa till andra partiklar. Existensen av Higgsfältet föreslogs först av fysikern Peter Higgs i mitten av sextiotalet (både fältet och partikeln är uppkallade efter honom). År 2024, tyvärr, var det sista i livet för denna enastående vetenskapsman – den 8 april dog Peter Higgs i sitt hem i Edinburgh vid 94 års ålder. Hans oöverträffade arv fortsätter dock att ha en djupgående inverkan på partikelfysikens framtid som ingen annan upptäckt före den. Dessutom, om strömmätningarna av Higgs-bosonen är korrekta, är universum instabilt i sitt nuvarande tillstånd. Detta innebär i sin tur att vi måste ompröva all befintlig kunskap om både rymd- och partikelfysik. Tja, den nya upptäckten, som vi kommer att diskutera i den här artikeln, ger bara bränsle till elden.
Higgs-bosonen är en fundamental partikel som upptäcktes för bara 12 år sedan. Bild: assets.newatlas.com
Upptäckten av Higgs-bosonen genom gemensamma ansträngningar av ATLAS och CMS spelade en avgörande roll för att låsa upp Higgsfältets hemligheter och dess potential. Många forskare tror att «Ny fysik» precis runt hörnet.
The Higgs Legacy
Den engelske fysikern Peter Wade Higgs föddes 1929. På den tiden var förståelsen av materia och universum helt annorlunda, och den ledande modellen av materia angav att det bara fanns tre grundläggande odelbara partiklar – protoner (finns inuti atomkärnor), elektroner (omgivande protoner) och fotoner (ljuspartiklar). ansvarig för elektromagnetisk interaktion).
En fantastisk revolution ägde rum under Higgs livstid, som kulminerade i skapandet av Standard Model of Particle Physics– det mest framgångsrika systemet i historien för att förstå universums struktur. Higgs väg till en av de största upptäckterna i vetenskapens historia var dock svår. Fysikern väntade mer än halva sitt liv på bekräftelse av sina teoretiska förutsägelser.
Peter Higgs är en brittisk teoretisk fysiker och professor vid University of Edinburgh. Nobelpristagare i fysik. Bild: dzeninfra.ru
Läs också: Nya elementarpartiklar upptäckta. Varför är detta viktigt?
Idén om existensen av en partikel som kan ge massa till alla andra partiklar uttrycktes av Higgs 1964, men dess existens bekräftades slutligen först 2013 vid Large Hadron Collider. Samma år tilldelades den brittiske vetenskapsmannen Nobelpriset i fysik, och partikeln uppkallad efter honom blev världsberömd.
CERN, den europeiska organisationen för forskning av elementarpartiklar, tillkännagav upptäckten av Higgs-bosonen med stor fanfar. Higgs verkade dock själv generad över detta och betonade alltid att många andra forskare bidrog till teorin och uttryckte liknande idéer, säger dödsrunan.
Den första Higgs-artikeln publicerades 1964 i tidskriften Physical Review Letters, som rapporterade om en ny typ av massiv boson (en typ av subatomär partikel). På den tiden arbetade andra teoretiker i samma riktning, men den nu berömda «Gudspartikeln» då existerade bara i teorin.
Higgs använde matematiska idéer om symmetri – och hur den kan brytas – för att förklara hur masslösa partiklar kan förvärva massa. Bild: www.cnet.com
Kom ihåg att Higgs-bosonen är relaterad till Higgsfältet, som ger massa till andra partiklar som elektroner och kvarkar, som rapporterades av Higgs 1966. Om Higgsfältet hade upptäckts då, skulle forskare ha bevisat att standardmodellen är en konsekvent teori om naturen. Sökandet efter Higgs-bosonen har dock visat sig vara en extremt svår uppgift. Forskaren själv trodde att denna fråga inte skulle lösas under hans livstid.
Vill du alltid vara medveten om de senaste upptäckterna inom fysik och högteknologi? Prenumerera på vår kanal på Telegram – så att du definitivt inte missar något intressant!
Unika egenskaper hos «Guds partikel»
Så, som vi vet idag, är universum baserat på Higgs-bosonens unika egenskaper. Liksom materiens fasta, flytande och gastillstånd motsvarar Higgs-fältet universums fas, som kan bestämmas genom att mäta Higgs-bosonens interaktioner med andra partiklar.
Under decenniet sedan dess upptäckt har många av dessa interaktioner upptäckts i TANK. Dessa resultat väckte nya frågor. Universums stabilitet – dess förmåga att bestå i sitt nuvarande tillstånd mer eller mindre för evigt – verkar bero på Higgs-bosonens massa och interaktioner.
Higgsfältet interagerar med atomära subpartiklar. Bild: media.licdn.com
Om de aktuella mätningarna av denna partikel är korrekta är universum helt enkelt instabilt, vilket betyder att det någon gång kan förändras till en annan form. Svaren forskare söker efter idag kan bevisa att standardmodellen är felaktig.
Fysiker vill också förstå om Higgsfältet verkligen förklarar alla massor av elementarpartiklar, som Standardmodellen förutspår. När det gäller det sällsynta sönderfallet av Higgs-bosoner, som vi tidigare pratat om, kan forskare ännu inte ta reda på vilka andra partiklar de sönderfaller till.
För att äntligen förstå den invecklade sammanvävningen av subatomära partiklar, har forskare från Europa , USA och Kina arbetar med konstruktionen av nya elementarpartikelkolliderare inriktade på att studera Higgs-bosonen. Arvet efter denna enastående vetenskapsman kommer att vara programmet för experimentell partikelfysik från 2000-talet.
Peter Higgs är en man från en annan tid. Bild: habrastorage.org
Det bör noteras att Higgs var en fysiker från en annan tid. Idag är det nästan omöjligt att föreställa sig att någon med hans meritlista skulle kunna stanna i akademin – han publicerade bara ett fåtal artiklar, nästan alla skrev han ensam. Detta beror på att den moderna akademiska miljön bygger på hård konkurrens och forskare tvingas publicera arbeten så ofta som möjligt.
Det är svårt att föreställa sig att i nuvarande förhållanden kommer jag att ha tillräckligt med tystnad och frid för att göra det jag gjorde 1964… Jag skulle inte få ett akademiskt jobb idag… Jag tror inte att jag skulle anses vara tillräckligt produktiv”, sa Higgs i ett 2013-tal. intervju.
< h2> Symmetri och nya experiment
Eftersom vetenskapliga upptäckter (och särskilt genombrott) tar tid är det något för tidigt att tala om en fullständig revidering av vår förståelse av universums och universums struktur. Men det finns fortfarande en anledning att revidera standardmodellen: Higgs-bosonen är bara ett av resultaten av «spontan symmetribrott» Higgs-fält, vilket betyder att andra liknande bosoner kan finnas.
Dessa ytterligare subpartiklar kan interagera med varandra och med Higgs-bosonen. Om deras existens kan bekräftas experimentellt, kommer forskare förmodligen att kunna förklara obalansen mellan materia och antimateria i universum.
Universum är höljt i mystik. Bild: symmetrymagazine.org
Missa inte: Vad är Higgs-bosonen och varför forskare ville upptäcka det
Nyligen publicerade forskare från ATLAS-samarbetet resultaten av deras sökning efter två nya Higgs-bosoner – X och S – som skulle kunna interagera med standardmodellen Higgs-boson (H). Det antas att S-bosonen sönderfaller till b-kvarkar, medan H-bosonen sönderfaller till fotoner.
Därmed kan de konstanta massorna av dessa sönderfallsprodukter användas för att restaurering av massorna av motsvarande bosoner, skriver författarna till det vetenskapliga arbetet.
Eftersom fysikerna inte känner till massorna av de hypotetiska Higgs-bosonerna, vände de sig till ett parametriserat neuralt nätverk (PNN) – en metod som gjorde det möjligt för dem att inte bara studera omfånget av X- och S-massor i detalj, utan också få en klar uppfattning om massorna av de nya bosonerna, om några.
Lokalt observerat värde för överskott av standardmodellbakgrundsprocesser som en funktion av massor (m_X, m_S). Bild: ATLAS Collaboration/CERN
Naturligtvis är allt ovanstående extremt komplext, men om man ser in i framtiden
förblir modellerna som utforskas i den nya analysen lovande möjligheter för att upptäcka nya fysiska fenomen utanför ramarna av standardmodellen. Data som samlats in under den tredje körningen av LHC och det fortsatta arbetet med kollideraren kommer att kasta ännu mer ljus över både Higgs-bosonerna och universums mysterier.