Mis on juhtunud Higgsi boson? Kahtlemata on enamik teist kuulnud sellest osakesest, mis kuidagi avastati ja teadlastele midagi andis.
Kui paljud inimesed aga sellest probleemist aru saavad? Proovime seda teile võimalikult lihtsalt ja selgelt selgitada.
Eessõna
Mikrokosmoses toimuvat on inimmõistusele väga raske tajuda. Sa tead, mis on elektronid, eks? Enamik teist, koolipõlvest, kujutab neid ette väikeste kuulidena, mis pöörlevad ümber tuuma. Prootonid ja neutronid? Need on ka pallid, eks?
Need, kes kunagi püüdsid kvantmehaanikast pisut aru saada, kujutavad elementaarosakesi ette pilvedena. Kui keegi näeb teksti “iga elementaarosake on ka laine”, siis tekib kohe pähe pilt merel või järve pinnal lainetusest, kuhu visati kivi.
Kui inimesele öeldakse, et osake on mingis väljas sündmus, siis kujutletakse kohe mingit intervalli mälestusest või tulevasest sündmusest ja väli “ümiseb” tema peas nagu trafoputkas.
Fakt on see, et sellised sõnad nagu osake, laine ja väli mikrotasandil ei kajasta päris õigesti tegelikkust ja nende ette kujutamine tavaliste loodusnähtustega võrreldes on vale. Seetõttu proovige kõik visuaalsed kujutised välja filtreerida, kuna need on valed ja segavad arusaamist.
Peame leppima tõsiasjaga osakesed ei ole põhimõtteliselt midagi, mida saab "puudutada", kuid kuna me oleme inimesed ja meile on omane maailma tunnetamine, siis peame probleemi mõistmiseks võitlema oma instinktidega.
Elektronid, footonid või Higgsi boson ei ole nii osake kui laine. Need on üldiselt midagi vahepealset ja selle jaoks pole sobivat sõna (pole vaja). Inimkond teab, kuidas nendega töötada, me teame, kuidas teha arvutusi, kuid leida sõna, mis kirjeldaks vaimset pilti... see on problemaatiline. Fakt on see, et need asjad, mis on elementaarosakesed, tuttavas maailmas võimatu millegagi võrrelda. See on täiesti erinev maailm. Mikromaailm.
Mida te suure hadronipõrgeti (LHC) juurest otsisite ja leidsite?
On olemas üldtunnustatud teooria selle kohta, kuidas maailm töötab väikseimas mastaabis ja seda nimetatakse - Standardmudel. Selle mudeli järgi on meie maailmas selliseid mitu täiesti erinevat tüüpi ainet, mis regulaarselt üksteisega suhtlevad.
Interaktsioonidele mõeldes on väga mugav kasutada selliseid parameetreid nagu mass, kiirus ja kiirendus, mis võimaldab meil nimetada elementaarosakesi nagu kandjaosakesed. Kokku on selles mudelis 12 sellist sorti.
Standardmudeli 12 osakesest 11 on varem vaadeldud. 12. osake on Higgsi väljale vastav boson, annab paljudele teistele osakestele massi, piirates nende liikumiskiirust. Higgsi väli ei suhtle mõne osakesega üldse. Näiteks footonitele see ei mõju ja nende mass on null.
Teoorias Higgsi bosonit ennustati juba 1964. aastal, aga siin tõestama selle olemasolu on eksperimentaalne sai seda teha alles 2012. aastal. Kõik need aastad on nad väsimatult bosonit otsinud!
Enne kui see tööle hakkas PAAK, Euroopa Tuumauuringute Organisatsioonis (CERN) oli elektron-positron põrkur, oli Illinoisis Tevatron, kuid nendest võimsustest ei piisanud vajalike katsete läbiviimiseks. Kuigi katsed andsid siiski teatud tulemusi.
Higgsi boson- raske osake ja seda on äärmiselt raske tuvastada. Katse olemus on väga lihtne, kuid rakendamine koos tulemuste hilisema tõlgendamisega on reaalne probleem.
Nii et nad võtavad selle kaks prootonit ja kiirendavad peaaegu valguse kiiruseni. Mingil ajahetkel nad seisavad silmitsi. Prootonid on sellisest löögist "šokeeritud". hakkavad murenema sekundaarseteks osakesteks. Selle protsessi käigus püüdsid nad tuvastada Higgsi bosonit.
Eksperimendi teeb keerulisemaks asjaolu, et bosoni olemasolu saab kinnitada vaid kaudselt. Higgsi bosoni eksisteerimise periood on kriitiliselt väike, nagu ka lähte- ja kadumispunktide vaheline kaugus. Seda ajaperioodi ja vahemaad on võimatu mõõta, aga! Higgsi boson ei kao jäljetult ja selle lühiajalist esinemist tõestavad "lagusaadused".
See on nagu nõela otsimine heinakuhjast. Ei, tohutus heinakuhjas. Ei, tuhandetes tohututes heinakuhjades! Fakt on see, et Higgsi boson laguneb erineva tõenäosusega erinevateks osakeste kombinatsioonideks. Näiteks võivad need olla kvark-antikvark, W-bosonid või tau osakesed üldiselt.
Mõnel juhul on lagunemist raske eristada teiste osakeste lagunemisest, mõnel juhul pole toimuvat üldse aega jäädvustada. Nagu teada sai, detektorid kõige paremini tabab Higgsi bosoni muutumist 4 leptoniks(fundamentaalosakesed), kuid sellise sündmuse tõenäosus on vaid 0,013%.
Mängu tulid ATLAS ja CMS detektorid
Kuus kuud katseid PAAK ja miljonid kokkupõrked ühes sekundis andsid soovitud tulemuse. Teadlased on registreerinud need samad 4 leptonit (koguni viis korda).
Hiiglaslikud detektorid võimaldasid seda salvestada ATLAS Ja CMS, mis paljastas energiaga osake 125GeV(mõõtühik kvantfüüsikas). Just see näitaja vastas Higgsi bosoni teoreetilisele ennustusele.
Osa millestki suuremast
Mis siis, kui on viga? Jah, ka teadlased esitasid selle küsimuse. Seetõttu viidi avastuse kinnitamiseks läbi palju-palju korduvaid katseid.
Teadusmaailma autoriteetseim ajakiri Science avaldas 2012. aasta lõpus edetabeli, mis pani kirja selle aasta olulisemad avastused. Siis saavutas esikoha nn jumalaosake, mida teadusmaailmas nimetatakse Hoggsi bosoniks.
Boson ei saanud oma teise nime juhuslikult. Fakt on see, et kaasaegne elementaarosakeste teooria ütleb, et selle kummalise elemendi tõttu on kõigil universumi ainetel mass, see tähendab, et nad eksisteerivad füüsiliselt.
Idee sellise osakese olemasolust tekkis inglise füüsikul Peter Higgsil umbes 40 aastat tagasi. Kui seni oli Higgsi boson vaid teooria, siis 2012. aastal loodi suur hadronite põrgataja. Seejärel saavutati teadlaste jõupingutustega läbimurre katsete tulemusel, nad suutsid tuvastada sama Higgsi bosoni. Selline avastus täiendab füüsika mudelit, mis kirjeldab kõigi Universumi osakeste, nende osakeste endi vastasmõju. Välistatud on ainult üks osake, mida nimetatakse gravitoniks, kuid seda pole veel leitud. "Jumala osakese" avastamine oli viimane tõend füüsilise standardmudeli kehtivuse kohta.
Jumalaosake ja hadronite põrgataja
Higgsi bosoni uurimisel ja otsimisel oli suur tähtsus hadronite põrkuri ehitusel. Selle püüdmiseks kulutati umbes 5 miljardit dollarit. Katsed poleks võib-olla edukalt lõppenud, "jumalaosakest" poleks leitud, siis oleks teadlaste ees seisnud raske küsimus leida teisi maailma kirjeldavaid mudeleid. Higgsi teooria leidis aga kinnitust. Selle järgi on väli, mis koosneb täielikult Higgsi bosonitest. See läbib kogu universumit, kogu selles sisalduvat ainet. Bosonite väli pidi eksisteerima algusest peale, isegi enne maailma tekkimist. Seetõttu omandasid kõik osakesed massi.
Hadron Collideris (LHC) toimunud katsetes osalesid teadlased umbes 100 riigist üle maailma. Mitu aastat katsed ei peatunud. Higgsi teooria kohaselt laguneb boson kohe, kui ilmub, kohe erineva tasandi osakesteks. Kui need salvestatakse, on võimalik analüüsida nende päritolu, uurida, kust ja kuidas see pärineb.
LHC olemus seisneb selles, et see kiirendab elementaarosakesi ja need omandavad väärtustele läheneva kiiruse. Nii põrkuvad osakesed. Seda protsessi jälgitakse. Nad analüüsivad, milline kiirgus ilmneb pärast osakeste kokkupõrget.
Tööd viidi läbi ja 2012. aasta keskpaigaks olid teadlased saavutanud osakeste voo intensiivsuse sellise intensiivsusega, et kokkupõrgete sagedus tõusis kõrgele, mis arvutuste kohaselt võimaldas igas tunnis tekkida üks boson. See sõltub selle tegelikust olemasolust. Katsete tulemusena õnnestus teadlastel tabada boson, mõõdeti selle mass. See ulatus 125 gigaelektronvoldini.
Arutelud "Jumala osakese" ümber
Briti teadlane Stephen Hawking on tuntud kogu maailmas, ta tegi avalduse Higgsi bosoni katsete kohta. Tema arvates on edasiste suure energiaga katsete tegemine väga ohtlik kogu Universumile. Ta oletas, et "Jumala osakese" tõttu võivad universumi alused kaduda: ruum ja aeg.
Teadlane usub, et Higgsi bosonis on varjatud potentsiaal. Kui see osake satub olekusse, milles see on ebastabiilne, võib vaakum laguneda. Ta tegi selle kohta märkuse raamatu alguses, kus avaldati loengud, mille olid ette valmistanud kõige juhtivad füüsikud.
Hawking pakkus välja kontseptsiooni, mille kohaselt vaakum võib olla kahte tüüpi, kusjuures igal tüübil on oma energiatase. Eeldades, et kogu meie maailm asub vales vaakumis. Siiski on ka teist tüüpi vaakum, see tõeline vaakum, millel on madalam energiaindikaator.
Eksperimentide käigus võib ebastabiilne "jumalaosake" saada juhiks tõelise ja vale vaakumi vahel. Kui väljal selline katkestus toimub, lülitub Universum kohe teise füüsikalisse olekusse.
Tõsist põhjust muretsemiseks aga praegu pole. Osakese ebastabiilsuse seisundisse viimine nõuab palju energiat. Sellise kiirenduse loomiseks peate konstrueerima põrkuri, mille mõõtmed on võrreldavad planeediga.
Tegelikult on "Jumala osake" Higgsi välja kvant. Sellel osakesel on null vaakumväärtus. Just see asjaolu tõestab, et ebastabiilses olekus bosoni loomine võib viia universumi tekke käigus tekkinud tasakaalu hävimiseni.
Simulatsioon, mis näitab Higgsi bosoni ilmumist kahe prootoni põrkumisel
Higgsi bosonHiggsi boson
Higgsi boson on elementaarosake, mille olemust on ilma eelneva ettevalmistuseta ja Universumi põhiliste füüsikaliste ja astronoomiliste seaduste mõistmiseta väga raske mõista.
Higgsi bosonil on palju ainulaadseid omadusi, mis võimaldasid tal saada teise nime - jumalaosake. Avatud kvantil on värv ja elektrilaengud ning selle spinn on tegelikult null. See tähendab, et sellel puudub kvantpööre. Lisaks osaleb boson täielikult gravitatsioonilistes reaktsioonides ja on koos neutriinodega altid lagunema b-kvargi ja b-antikvargi paarideks, footoniteks, elektronideks ja positroniteks. Kuid nende protsesside parameetrid ei ületa 17 megaelektronvolti (MeV) laiust. Lisaks ülaltoodud omadustele on Higgsi osake võimeline lagunema leptoniteks ja W-bosoniteks. Kuid kahjuks pole need piisavalt hästi nähtavad, mis raskendab oluliselt nähtuse uurimist, kontrolli ja analüüsi. Nendel harvadel hetkedel, mil neid siiski suudeti salvestada, oli võimalik kindlaks teha, et need vastavad täielikult sellistele juhtumitele tüüpilistele elementaarosakeste füüsikalistele mudelitele.
Higgsi bosoni avastamise ennustus ja ajalugu
Feynmani diagramm, mis näitab W- või Z-bosonite võimalikku teket, mis koosmõjul moodustavad neutraalse Higgsi bosoni
2013. aastal said Nobeli füüsikaauhinna inglane Peter Higgs ja Belgia kodanik François Englert sellise mehhanismi avastamise ja olemasolu põhjendamise eest, mis võimaldab mõista, kuidas ja millest pärinevad elementaarosakeste massid. Kuid ammu enne seda tehti juba mitmesuguseid katseid ja katseid Higgsi bosoni avastada. Veel 1993. aastal algasid sarnased uuringud Lääne-Euroopas, kasutades suure elektron-positroni põrkejõudu. Kuid lõpuks ei suutnud nad täielikult toota tulemusi, mida selle projekti korraldajad ootasid. Küsimuse uurimisse kaasati ka Venemaa teadus. Nii 2008.-2009. Väike JINR-i teadlaste meeskond tegi Higgsi bosoni massi täpsema arvutuse. Hiljuti, 2015. aasta kevadel, kohandati kogu teadusmaailmale tuntud koostöös ATLAS ja CMS taas Higgsi bosoni massi, mis selle teabe kohaselt on ligikaudu võrdne 125,09 ± 0,24 gigaelektronvoldiga (GeV).
Katsed Higgsi bosoni parameetrite otsimiseks ja hindamiseks
Nagu eespool mainitud, algasid esialgsed otsingu- ja hindamiskatsed bosonimassi määramiseks juba 1993. aastal. Suures elektron-positroni põrkeseadmes tehtud põhjalikud uuringud viidi lõpule 2001. aastal. Sellest katsest saadud tulemusi korrigeeriti 2004. aastal veelgi. Uuendatud arvutuste kohaselt oli selle massi ülemine piir 251 gigaelektronvolti (GeV). 2010. aastal avastati lagunemise käigus tekkivate b-mesoni, muuonide ja antimuoonide arvu erinevus 1%.
Vaatamata statistilistele puudujääkidele on alates 2011. aastast jätkuvalt regulaarselt laekunud andmeid suure hadronite põrkeseadmest. See andis lootust ebatäpse teabe parandamiseks. Aasta hiljem avastatud uus elementaarosake, millel oli Higgsi bosoniga identne paarsus ja võime laguneda, sai 2013. aastal tõsise kriitika ja kahtluse alla. Hooaja lõpuks viis kõigi kogutud andmete töötlemine aga ühemõtteliste järeldusteni: uus avastatud osake on kahtlemata otsitud Higgsi boson ja kuulub standardfüüsikalise mudeli alla.
Huvitavad faktid Higgsi bosoni kohta
Suur hadronite põrkur. Projekti üks peamisi eesmärke on Higgsi bosoni ja selle uurimise olemasolu eksperimentaalne tõestamine
Üks huvitavamaid ja uskumatumaid fakte Higgsi bosoni kohta on see, et looduses seda sisuliselt ei eksisteeri. Järelikult ei asu see osake erinevalt teistest põhielementidest meid ümbritsevas ruumis. Seda seletatakse asjaoluga, et Higgsi boson kaob peaaegu kohe pärast selle sündi. See hetkeline metamorfoos toimub osakese lagunemise kaudu. Pealegi pole bosonil oma lühima eksisteerimise ajal aega isegi millegi muuga suhelda.
Väga huvitavad ja tähelepanu köitvad faktid on ka nn hüüdnimed, mis Higgsi bosonile omistati. Šokeerivad nimed jõudsid avalikku kasutusse tänu meediale. Ühe neist lõi äsja avastatud kvant Leon Lederman, Nobeli preemia laureaat, ja see kõlas nagu "neetud osake". Kuid toimetaja ei lisanud seda teose trükitud väljaandesse ja see asendati sõnadega "osake Jumalast" või "Jumala osake".
Higgsi bosoni muud massinimed
Hoolimata Ledermani Higgsi bosonile antud "hüüdnimede" populaarsusest, ei kiida valdav enamus teadlasi neid heaks ja kasutavad sagedamini mõnda muud "tavalist" nime. See tähendab "šampanjapudeli bosonit". Higgsi bosoni nimetuses sellise terminoloogia ilmumise aluseks oli selle keeruka välja teatav sarnasus klaasšampanjapudeli põhjaga. Vähem tähtis pole ka “keldukate” teadlaste jaoks allegooriline võrdlus, mis vihjab olulise osakese avastamise puhul joodud šampanja rohkusele.
Tähelepanu tasub pöörata ka sellele, et on olemas nn Higgsi-vabad füüsikalised mudelid, mis on välja töötatud juba enne bosoni avastamist. Need viitavad standardi teatud laiendusele.
Kaasaegne teadus ei seisa paigal, vaid areneb pidevalt ja järjekindlalt. Tänapäeva füüsikas ja sellega seotud valdkondades kogutud teadmised on võimaldanud mitte ainult ennustada, vaid ka tegelikult teha Higgsi bosoni avastamise. Kuid selle omaduste uurimine ja saadud teabe rakendusalade määramine on alles algstaadiumis. Seetõttu on tänapäeva füüsikutel ja astronoomidel selle universumi põhiosakese uurimisega veel palju tööd ja katseid teha.
Kuid religioonide esindajad kutsuvad ajakirjanikke ja teadlasi aktiivselt üles mitte nimetama Higgsi bosonit Jumala osakeseks. See avatud elementaarosakese hüüdnimi viitab sellele, et teadusmaailm paljastab varem või hiljem loomise saladuse ja muutub inimmõistusele kättesaadavaks. Ja see on paljude religioonide arvates absoluutne eksitus. Elementaarosakestele ei saa omistada jumalikke omadusi, muidu tundub, et teadus üritab kunstlikult luua laboris loomisprotsessi või uurida tänapäevaste vahenditega Jumalat.
Filosoofidest said ka termini "jumalaosake" kasutamise vastased. Loodusteaduste müstiline tõus meenutab iidseid loomismüsteeriumi seletusi, mida muistsed teoloogid ja filosoofid püüdsid lahti harutada. Lisaks, nimetades elementaarosakest Jumala osakeseks, täitub lubadus paljastada kogu ruum, avastada viimane osake, mille järel avada rohkem. Seega ei saa filosoofilise ja teoloogilise uurimistöö tulemusi asendada kaasaegse füüsika uurimisega.
Nimi "Jumala osake" pole midagi muud kui turundustaktika, mis ilmus pärast seda, kui Leon Reederman avaldas oma artikli Higgsi bosoni probleemi kohta. Raamat "The God Particle" ilmus 1993. aastal. Sellest ajast alates on see "" Higgsi boson kogunud oma populaarsust. Füüsikud ise suhtuvad aga sellesse pretensioonikasse terminisse irooniliselt ja püüavad seda mitte kasutada.
Higgsi bosoni avastamine on aga kaasaegse teaduse jaoks äärmiselt oluline. Universumi struktuuri standardmudeli kohaselt annab just see teadusele võtme massitekkemehhanismi lahtiharutamiseks. Füüsikud usuvad ka, et 13,7 miljardit aastat tagasi toimunud Suur Pauk, mis tähistas universumi algust, poleks saanud toimuda ilma selle bosoni osaluseta. Just jõud, mis põhjustas selle elementaarosakese tekkimise, põhjustas ürgsest galaktikate, tähtede ja planeetide tekke. Sellest kõigest järeldub, et Higgsi bosoni avastamisega on teadlased jõudnud lähemale Universumi tekkeloo lahendamisele ja saanud kinnitust selle ehitusmudelile.
Lisaks räägib irooniline nimetus "Jumala osake" ka raskustest, millega teadlased kokku puutusid hüpoteetilise osakese olemasolu tõestamisel, mille Higgs ennustas esmakordselt 1964. aastal. Teadusliku katse läbiviimiseks jumalaosakese saamiseks ehitati suur hadronite põrgataja, mis läks maksma üle 8 miljardi dollari. Siis ei saanud nad seda mitu aastat tööle panna. Ja nüüd peame tõestama, et avastatud osake on see, mis universumi standardmudelis puudub.
Võime panustada suure summa peale, et enamikul teist (kaasa arvatud teadushuvilised) ei ole väga head ettekujutust sellest, mida füüsikud suure hadronite põrgataja juurest leidsid, miks nad seda nii kaua otsisid ja mis edasi saab. .
Seetõttu lühike lugu sellest, mis on Higgsi boson.
Alustada tuleb sellest, et inimesed on üldiselt väga halvad, et kujutada oma mõtetes ette mikrokosmoses, elementaarosakeste skaalal toimuvat.
Näiteks kujutavad paljud koolipõlvest ette, et elektronid on väikesed kollased pallid, nagu miniplaneedid, mis tiirlevad ümber aatomituuma, või näeb see välja nagu vaarikas, mis koosneb punastest ja sinistest prootonitest-neutronitest. Need, kes on populaarsetest raamatutest kvantmehaanikaga mõnevõrra tuttavad, kujutavad elementaarosakesi ette uduste pilvedena. Kui meile öeldakse, et iga elementaarosake on ka laine, kujutame ette laineid merel (või ookeanis): perioodiliselt võnkuva kolmemõõtmelise keskkonna pinda. Kui meile öeldakse, et osake on sündmus teatud väljas, kujutame ette välja (miski sumiseb tühjas, nagu trafokarp).
See kõik on väga halb. Sõnad "osake", "väli" ja "laine" peegeldavad tegelikkust äärmiselt halvasti ja neid pole võimalik ette kujutada. Mis iganes visuaalne pilt teile meelde tuleb, on vale ja segab arusaamist. Elementaarosakesed ei ole põhimõtteliselt nähtavad või „puudutavad“ ja meie, ahvide järeltulijad, oleme loodud ainult selliseid asju ette kujutama. Ei ole tõsi, et elektron (või footon või Higgsi boson) „on nii osake kui laine”; see on midagi kolmandat, mille jaoks pole meie keeles kunagi sõnu olnud (nagu mittevajalik). Meie (selles mõttes, inimkond) teame, kuidas nad käituvad, saame teha mõningaid arvutusi, korraldada nendega katseid, kuid me ei leia nende jaoks head vaimset pilti, sest asjad, mis on elementaarosakestega vähemalt ligikaudu sarnased, ei ole meie skaalal üldse leitud.
Professionaalsed füüsikud ei püüa mikrokosmoses toimuvat visuaalselt (või muul viisil inimtunnete mõttes) ette kujutada; see on halb tee, see ei vii kuhugi. Neil tekib järk-järgult intuitsioon selle kohta, millised objektid seal elavad ja mis nendega juhtub, kui nad seda ja teist teevad, kuid tõenäoliselt ei suuda mitteprofessionaal seda dubleerida.
Nii et ma loodan, et te ei mõtle enam väikestele pallidele. Nüüd sellest, mida nad suure hadronite põrgataja juures otsisid ja leidsid.
Üldtunnustatud teooriat selle kohta, kuidas maailm töötab väikseimas mastaabis, nimetatakse standardmudeliks. Tema sõnul toimib meie maailm nii. See sisaldab mitut põhimõtteliselt erinevat tüüpi ainet, mis suhtlevad üksteisega erineval viisil. Mõnikord on mugav rääkida sellistest interaktsioonidest nagu teatud "objektide" vahetus, mille jaoks saab mõõta kiirust, massi, kiirendada või suruda neid üksteise vastu jne. Mõnel juhul on mugav neid nimetada (ja mõelda neist) kandjaosakesteks. Selliseid osakesi on mudelis 12 tüüpi. Tuletan meelde, et kõik, millest ma praegu kirjutan, on endiselt ebatäpne ja rüvetav; kuid ma loodan, et siiski palju vähem kui enamik meediakajastusi. (Näiteks 4. juuli “Moskva kaja” paistis silma lausega “5 punkti sigmaskaalal”, teadjamad hindavad seda).
Nii või teisiti on standardmudeli 12 osakesest 11 juba varem vaadeldud. 12. on Higgsi väljale vastav boson – mis annab paljudele teistele osakestele massi. Väga hea (aga muidugi ka ebakorrektne) analoogia, mis pole minu poolt välja mõeldud: kujutage ette täiesti siledat piljardilauda, millel on piljardipallid - elementaarosakesed. Nad hajuvad kergesti erinevatesse suundadesse ja liiguvad kõikjal ilma segamiseta. Kujutage nüüd ette, et laud on kaetud mingi kleepuva massiga, mis takistab osakeste liikumist: see on Higgsi väli ja osakese kleepumise ulatus sellise katte külge on selle mass. Higgsi väli ei suhtle mingil viisil mõne osakesega, näiteks footonitega, ja nende mass on vastavalt null; Võib ette kujutada, et footonid on õhuhokis nagu litter ja katet ei panda üldse tähele.
Kogu see analoogia on näiteks vale, sest mass, erinevalt meie kleepuvast kattest, ei lase osakesel liikuda, küll aga kiirendada, kuid see annab mingi arusaama illusiooni.
Higgsi boson on sellele "kleepuvale väljale" vastav osake. Kujutage ette, et lööte piljardilauda väga tugevalt, kahjustate vilti ja purustate väikese koguse kleepuvat ainet mullilaadseks voldiks, mis voolab kiiresti tagasi. See on see.
Tegelikult on just seda suur hadronite põrgataja kõik need aastad teinud ja umbes selline nägi välja Higgsi bosoni hankimise protsess: me lööme kõigest jõust vastu lauda, kuni riie ise hakkab muutuma staatiline, kõva ja kleepuv pind millekski huvitavamaks (või kuni juhtub midagi veelgi imelisemat, mida teooria ei ennusta). Seetõttu on LHC nii suur ja võimas: nad on juba proovinud vähema energiaga lauale lüüa, kuid edutult.
Nüüd kurikuulsast 5 sigmast. Ülaltoodud protsessi probleem seisneb selles, et me saame ainult koputada ja loota, et sellest midagi tuleb; Garanteeritud retsepti Higgsi bosoni saamiseks pole. Veelgi hullem, kui ta lõpuks maailma sünnib, peab meil olema aega tema registreerimiseks (loomulikult on teda võimatu näha ja ta eksisteerib vaid tühise sekundi murdosa). Ükskõik, millist detektorit me kasutame, võime vaid öelda, et näib, et oleme täheldanud midagi sarnast.
Kujutage nüüd ette, et meil on eriline stants; see langeb juhuslikult ühele kuuest tahkest, kuid kui Higgsi boson on just sel ajal selle lähedal, siis kuus ei kuku kunagi välja. See on tüüpiline detektor. Kui viskame ühe korra täringut ja lööme samal ajal kõigest jõust vastu lauda, siis ükski tulemus ei ütle meile midagi: kas see tuli 4-ga? Täiesti tõenäoline sündmus. Kas viskasite 6? Võib-olla tabasime lihtsalt valel hetkel kergelt vastu lauda ja bosonil, kuigi see oli olemas, ei olnud aega õigel hetkel sündida või suutis vastupidi laguneda.
Kuid me saame seda katset teha mitu korda ja isegi mitu korda! Suurepärane, veeretame täringut 60 000 000 korda. Oletame, et kuus tuli "ainult" 9 500 000 korda, mitte 10 000 000; kas see tähendab, et aeg-ajalt ilmub boson või on see lihtsalt aktsepteeritav õnnetus - me ei usu, et stants peaks olema kuus sile 10 miljonit korda 60-st?
Noh. Selliseid asju ei saa silmaga hinnata, tuleb arvestada, kui suur on kõrvalekalle ja kuidas see on seotud võimalike õnnetustega. Mida suurem on kõrvalekalle, seda vähem on tõenäoline, et luu lihtsalt kogemata nii pikali jäi ja seda suurem on tõenäosus, et aeg-ajalt (mitte alati) tekkis mõni uus elementaarosake, mis ei lase tal kuuena lamada. Keskmisest kõrvalekallet on mugav väljendada sigmades. “Üks sigma” on hälbe tase, mis on “enim oodatud” (selle konkreetse väärtuse saab välja arvutada iga füüsika- või matemaatikateaduskonna kolmanda kursuse üliõpilane). Kui katseid on palju, siis 5 sigma suurune kõrvalekalle on tase, mil arvamus “juhuslikkus on ebatõenäoline” muutub absoluutselt kindlaks kindlustundeks.
Füüsikud teatasid ligikaudu sellise hälbe taseme saavutamisest kahel erineval detektoril 4. juulil. Mõlemad detektorid käitusid väga sarnaselt sellele, kuidas nad käituksid siis, kui vastu lauda tabades tekkiv osake oleks tegelikult Higgsi boson; Rangelt võttes ei tähenda see, et meie ees on tema kõikvõimalikke muid omadusi igasuguste muude detektoritega. Kuid kahtlusi on vähe.
Lõpetuseks sellest, mis meid tulevikus ees ootab. Kas on avastatud "uus füüsika" ja tehtud läbimurre, mis aitab meil luua hüperkosmosemootoreid ja absoluutset kütust? Ei; ja isegi vastupidi: sai selgeks, et selles füüsika osas, mis uurib elementaarosakesi, imesid ei juhtu ja loodus on üles ehitatud peaaegu nii, nagu füüsikud olid kogu aeg eeldanud (noh, või peaaegu nii). See on isegi veidi kurb.
Olukorra teeb keeruliseks asjaolu, et me teame täiesti kindlalt, et põhimõtteliselt ei saa seda täpselt niimoodi üles ehitada. Standardmudel on puhtalt matemaatiliselt kokkusobimatu Einsteini üldise relatiivsusteooriaga ja mõlemad lihtsalt ei saa olla korraga tõesed.
Ja kuhu praegu kaevata, pole veel väga selge (asi pole selles, et mõtteid üldse poleks, pigem vastupidi: erinevaid teoreetilisi võimalusi on liiga palju ja nende testimiseks on palju vähem võimalusi). Noh, võib-olla on see kellelegi selge, aga mulle kindlasti mitte. Läksin juba ammu selles postituses oma pädevusest kaugemale. Kui ma kuskil halvasti valetasin, parandage mind.