Higgs bozon és standard modell - a semmiből, sötét anyagból és sötét energiából

Peter Higgs. Fotó: Claudia Marcelloni / CERN

Egy jól ismert fizikus kijelentette, hogy "egyáltalán nem volt elégedett a Higgs bozon felfedezésével". Elég atipikus reakció, de ez a felfedezés azzal fenyeget, hogy egy egész fejezetet bezár a 20. századi fizikában, anélkül, hogy elmagyarázta volna, hogyan kell folytatni a következő írást.

Szerint a csillagászati ​​mérések által ismertetett Standard Modell számít, ami akár csillagok, bolygók, és mi, elvégre csak egy nagyon kis része a világegyetem. Olyanok vagyunk, mint a sötét anyag és a sötét energia láthatatlan óceánjának felszínén lebegő hab, amelyből szinte semmit sem tudunk.

Még ennél is rosszabb a Standard Modell szerint, egyáltalán nem létezne. Az elmélet azt mondja, hogy a Big Bang után az anyag és az antimatter egyenlő mennyiségben kellett megsemmisíteni egymást. abszolút ürességet teremtve a világegyetemben.

E tekintetben szilárd tudományos okok támasztják alá azt a kételyet, hogy a standard modell a történelem vége a fizika törvényeinek. De létezik egy másik, esztétikai elv, amely sok fizikusot késztet arra, hogy kétségbe vonja e modell teljességét. Ez a "természetesség" elve.
A standard modell nagyon "természetellenes" elméletnek számít. Nagyszámú különböző részecskék és erők vannak, amelyek közül sokan feleslegesnek tűnnek, és ezen a modellen egy nagyon megbízhatatlan egyensúly. Ha legalább egy kicsit megváltoztatnánk az elméletet alkotó 20 kis számjegy közül, akkor azonnal megtudjuk, hogy az atomok nélkül élünk az Univerzumban. Az ilyen kísérteties egyensúlyi beállítást számos fizikus zavarja, és azt a benyomást keltik, hogy az univerzum oly módon szerveződik, hogy az élet létezhet benne.
A Higgs-bozon az ilyen természetellenes finomhangolás egyik legrosszabb esetét adja. A 20. század váratlan felfedezése az volt, hogy az üres tér valójában semmiképpen sem üres. A valóságban a vákuum a láthatatlan "virtuális" részecskék forrása. amely akkor megjelenik, majd eltűnik.

Szerint a hagyományos bölcsesség, ha Higgs áthalad a vákuum, hogy kölcsönhatásba lép a levest a virtuális részecskék és ez a kölcsönhatás növeli annak tömegét, hogy teljesen valószínűtlen értékeket. Ez százmillió milliárdszor nagyobb lehet, mint a Large Hadron Colliderben mért érték.

A teoretikusok megpróbálták megszentelni a Higgs bozont engedetlen tömegét azzal, hogy kibővítik a standard modellt. A legnépszerűbb volt a szakdolgozat „szuperszimmetria”, amely bevezeti a fogalom részecskéket-superpartners közönséges részecskék sokkal nehezebb, mint a hagyományos részecskék a Standard Modell. Ezek superparticle semmissé a hatását a virtuális részecskék vákuumban, csökkenti a súlyt Higgs ésszerű értékek és így nincs szükség semmilyen finombeállító már zavaró.

A szuperszimmetria hipotézise más olyan tulajdonságokkal is rendelkezik, amelyek a fizikusok körében népszerűvé tették. Talán a legvonzóbb dolog az, hogy az egyik szuper-részecskék elegáns magyarázatot ad a titokzatos sötét anyagnak, ami az univerzumnak egynegyede.

Bár a Higgs-bozon felfedezését a nagyméretű Hadron-ütköző 27 kilométer hosszúságú építésének fő érvként terjesztették elő, a legtöbb fizikus valójában valami újból várta tőle. Higgs maga elmondta tavaly nem sokkal a bozont felfedezése után: "A Higgs bozont nem az a legérdekesebb dolog, amit az LHC keres."

De amíg az ütköző nem talált semmit

Ha a szuperszimmetria van - ez tényleg a fő oka a kis tömege a Higgs-bozon, az superparticle meg kell jelennie az energia szintjét, ami messze meghaladja az érzékelési bozon az LHC. Amit nem talál, akkor vezetett kizárásával számos népszerű formája szuperszimmetria.

Emiatt egyes teoretikusok teljesen elhagyták a természetesség elveit. Egy viszonylag új modell, az úgynevezett „split SUSY” elismerik a finomhangolás tömeg Higgs, de tagadta SUSY egyéb tulajdonságait, például a részecskék a sötét anyag.

Ez úgy tűnhet, mint egy elhanyagolható különbség, de a világegyetem természetére gyakorolt ​​következmények óriásiak. A lényege az érv csapódik le, hogy az a tény, hogy élünk, egy finoman hangolt és kalibrált a világegyetem, mert ez az egyik a végtelen számú más, nagyon más univerzumok, mindegyiknek megvan a maga fizikai törvények. A természet alapvető konstansjai olyanok, mert ha más lennének, akkor az atomok nem lennének képesek alakítani - és következésképpen nem lennének velünk kérdéseinkkel.

Sem az LHC, sem az élő legenda, Stephen Hawking nem válaszolhat az elemi részecskefizika sok kérdésére. Fotók CERN

Ez tartozik az ember és az emberiség érv részben a fejlesztési húrelmélet, amely lehet „Theory of Everything”. Ez azt feltételezi, hogy létezik egy nagy több (körülbelül 10 500) különböző univerzumokat különböző fizika törvényei. (Egy ilyen nagy számú univerzumok, gyakran ad okot, hogy a kritika a húrelmélet, ami néha gúnyosan nevezik „az elmélet minden mást”, mert még senki sem talált megoldást, amely megfelel a világegyetem, amelyben élünk.) Azonban, ha a modell osztott szuperszim igaz a hiánya hírek az LHC lehet közvetett bizonyíték, hogy létezik a multiverzum is. amelyről szól a húrok elmélete.

Mindez nem jó jelzést ad a Large Hadron Collider számára. Ha a természetességért folytatott küzdelem elvész, akkor az elkövetkező években nem lehet új részecskék megjelenése. Egyes fizikusok ragaszkodnak ahhoz, hogy építsenek egy új ütközőt, amelynek négyszeresnek és hétszer erősebbnek kell lennie, mint a jelenlegi.

Ennek a szörnyeteg-összeütközésnek köszönhetően ez a kérdés egyszer és mindenkor megoldható. De nehéz elképzelni, hogy hogyan lehet zöld lámpát felépíteni, különösen, ha az LHC soha nem talál másat, mint a Higgs bozont.

De hirtelen az LHC nem talál semmit? Ezután a Higgs-bozon az elemi részecskék fizikájának hattyúzenéjévé válhat, a gyorsítók korszakának utolsó részében. Ez egy nagyon zavaró kilátása a kísérletezőknek, de ez az eredmény óriási változásokhoz vezethet az univerzumban és a helyünkben rejlő elképzeléseinkben.