I 2012 rapporterede forskere om en af de største udviklinger inden for kvantefysikken – opdagelsen af Higgs-bosonen, den fundamentale partikel, der bærer kraften fra Higgs-feltet og er ansvarlig for at overføre masse til andre partikler. Eksistensen af Higgs-feltet blev først foreslået af fysiker Peter Higgs i midten af tresserne (både feltet og partiklen er opkaldt efter ham). Året 2024 var desværre det sidste i denne fremragende videnskabsmands liv – den 8. april døde Peter Higgs i sit hjem i Edinburgh i en alder af 94 år. Hans hidtil usete arv har dog fortsat en dyb indvirkning på partikelfysikkens fremtid som ingen anden opdagelse før den. Desuden, hvis strømmålinger af Higgs-bosonen er korrekte, er universet ustabilt i sin nuværende tilstand. Det betyder til gengæld, at vi bliver nødt til at genoverveje al eksisterende viden om både rum- og partikelfysik. Nå, den nye opdagelse, som vi vil diskutere i denne artikel, tilføjer kun brænde på bålet.
Higgs-bosonen er en fundamental partikel, der blev opdaget for kun 12 år siden. Billede: assets.newatlas.com
Opdagelsen af Higgs-bosonen ved fælles indsats fra ATLAS og CMS spillede en afgørende rolle i at låse op for Higgs-feltets hemmeligheder og dets potentiale. Mange forskere mener, at «Ny Fysik» lige rundt om hjørnet.
The Higgs Legacy
Den engelske fysiker Peter Wade Higgs blev født i 1929. På det tidspunkt var forståelsen af stof og universet helt anderledes, og den førende model af stof udtalte, at der kun var tre fundamentale udelelige partikler – protoner (findes inde i atomkerner), elektroner (omgivende protoner) og fotoner (lyspartikler). ansvarlig for elektromagnetisk interaktion).
En fantastisk revolution fandt sted i Higgs' levetid, der kulminerede med skabelsen af Standard Model of Particle Physics– det mest succesrige system i historien til at forstå universets struktur. Imidlertid var Higgs' vej til en af de største opdagelser i videnskabens historie tornen. Fysikeren har ventet i mere end halvdelen af sit liv på bekræftelse af sine teoretiske forudsigelser.
Peter Higgs er en britisk teoretisk fysiker og professor ved University of Edinburgh. Nobelprisvinder i fysik. Billede: dzeninfra.ru
Læs også: Nye elementarpartikler opdaget. Hvorfor er dette vigtigt?
Ideen om eksistensen af en partikel, der er i stand til at bibringe masse til alle andre partikler, blev udtrykt af Higgs i 1964, men dens eksistens blev endelig først bekræftet i 2013 ved Large Hadron Collider. Samme år blev den britiske videnskabsmand tildelt Nobelprisen i fysik, og partiklen opkaldt efter ham blev verdensberømt.
CERN, den europæiske organisation for forskning i elementarpartikler, annoncerede opdagelsen af Higgs-bosonen med stor fanfare. Higgs virkede dog selv flov over dette og understregede altid, at mange andre videnskabsmænd bidrog til teorien og gav udtryk for lignende ideer, siger nekrologen.
Det første Higgs-papir blev offentliggjort i 1964 i tidsskriftet Physical Review Letters, som rapporterede om en ny type massiv boson (en type subatomær partikel). På det tidspunkt arbejdede andre teoretikere i samme retning, men den nu berømte «Gudspartikel» dengang eksisterede kun i teorien.
Higgs brugte matematiske ideer om symmetri – og hvordan den kan brydes – til at forklare, hvordan masseløse partikler kan erhverve masse. Billede: www.cnet.com
Husk, at Higgs-bosonen er relateret til Higgs-feltet, som giver masse til andre partikler såsom elektroner og kvarker, som rapporteret af Higgs i 1966. Hvis Higgs-feltet var blevet opdaget dengang, ville videnskabsmænd have bevist, at standardmodellen er en konsekvent teori om naturen. Søgningen efter Higgs-bosonen har dog vist sig at være en yderst vanskelig opgave. Videnskabsmanden troede selv, at dette problem ikke ville blive løst i hans levetid.
Vil du altid være opmærksom på de seneste opdagelser inden for fysik og højteknologi? Abonner på vores kanal på Telegram – så du helt sikkert ikke går glip af noget interessant!
Unikke egenskaber ved «Guds partikel»
Så som vi ved i dag, er universet baseret på Higgs-bosonens unikke egenskaber. Ligesom stoffets faste, flydende og gasformige tilstande svarer Higgs-feltet til universets fase, som kan bestemmes ved at måle Higgs-bosonens interaktioner med andre partikler.
I tiåret siden dets opdagelse, er mange af disse interaktioner blevet opdaget i TANK. Disse resultater rejste nye spørgsmål. Universets stabilitet – dets evne til at vare ved i sin nuværende tilstand mere eller mindre for evigt – synes at afhænge af Higgs-bosonens masse og interaktioner.
Higgs-feltet interagerer med atomare underpartikler. Billede: media.licdn.com
Hvis de aktuelle målinger af denne partikel er korrekte, er universet simpelthen ustabilt, hvilket betyder, at det på et tidspunkt kan ændre sig til en anden form. De svar, videnskabsmænd leder efter i dag, kan bevise, at standardmodellen er forkert.
Fysikere ønsker også at forstå, om Higgs-feltet virkelig forklarer alle masserne af elementarpartikler, som standardmodellen forudsiger. Hvad angår det sjældne henfald af Higgs-bosoner, som vi tidligere talte om, er forskere endnu ikke i stand til at finde ud af, hvilke andre partikler de henfalder til.
For endelig at forstå den indviklede sammenvævning af subatomære partikler, har forskere fra Europa , USA og Kina arbejder på konstruktionen af nye elementærpartikelkollidere med fokus på at studere Higgs-bosonen. Arven fra denne fremragende videnskabsmand vil være programmet for eksperimentel partikelfysik i det 21. århundrede.
Peter Higgs er en mand fra en anden tidsalder. Billede: habrastorage.org
Det skal bemærkes, at Higgs var en fysiker fra en anden æra. I dag er det næsten umuligt at forestille sig, at nogen med hans track record ville være i stand til at blive i den akademiske verden – han udgav kun få artikler, som han næsten alle skrev alene. Det skyldes, at det moderne akademiske miljø er bygget på hård konkurrence, og forskere er tvunget til at udgive værker så ofte som muligt.
Det er svært at forestille sig, at i nuværende forhold vil jeg have nok stilhed og fred til at gøre, hvad jeg gjorde i 1964… Jeg ville ikke få et akademisk job i dag… Jeg tror ikke, jeg ville blive betragtet som produktiv nok,” sagde Higgs i en 2013 interview.
< h2> Symmetri og nye eksperimenter
Da videnskabelige opdagelser (og især gennembrud) tager tid, er det noget for tidligt at tale om en fuldstændig revision af vores forståelse af universets og universets struktur. Men der er stadig en grund til at revidere standardmodellen: Higgs-bosonen er blot et af resultaterne af «spontan symmetribrud» Higgs-felter, hvilket betyder, at andre lignende bosoner kan eksistere.
Disse yderligere underpartikler kan interagere med hinanden og med Higgs-bosonen. Hvis deres eksistens kan bekræftes eksperimentelt, så vil videnskabsmænd sandsynligvis være i stand til at forklare ubalancen mellem stof og antistof i universet.
Universet er indhyllet i mystik. Billede: symmetrymagazine.org
Gå ikke glip af: Hvad er Higgs-bosonen, og hvorfor videnskabsmænd ønskede at opdage det
For nylig offentliggjorde forskere fra ATLAS-samarbejdet resultaterne af deres søgen efter to nye Higgs-bosoner – X og S – der kunne interagere med standardmodellen Higgs-boson (H). Det antages, at S-bosonet henfalder til b-kvarker, mens H-bosonet henfalder til fotoner.
Dermed kan de konstante masser af disse henfaldsprodukter bruges til at restaurering af masserne af de tilsvarende bosoner, skriver forfatterne til det videnskabelige arbejde.
Da fysikerne ikke kender masserne af de hypotetiske Higgs-bosoner, henvendte de sig til et parametriseret neuralt netværk (PNN) – en metode, der gjorde det muligt for dem ikke kun at studere rækkevidden af X- og S-masser i detaljer, men også få en klar idé om masserne af de nye bosoner, hvis nogen findes.
Lokal observeret værdi af overskydende standardmodelbaggrundsprocesser som funktion af masser (m_X, m_S). Billede: ATLAS Collaboration/CERN
Selvfølgelig er alt ovenstående ekstremt komplekst, men ser man ind i fremtiden
er de modeller, der er udforsket i den nye analyse, stadig lovende muligheder for at afdække nye fysiske fænomener uden for rammerne af standardmodellen. De data, der er indsamlet under den tredje kørsel af LHC og det videre arbejde med kollideren, vil kaste endnu mere lys over både Higgs-bosonerne og universets mysterier.