Boson Higgs en die soekt na nuwe fisika: waar gaan die wetenskap na die groot openings

Vierde Julie sal in die geskiedenis van fisika bly as die dag waarop die wêreld van die bestaan van 'n deurlatinglike deeltjie, wat jare lank onvindbaar gebly het, geweet het. Die Boson Higgs, wat in data van die mees kragtige versneller gevind is, het 'n triomf van teoretiese gedagte geword. Hy het 'n struktuurlike beeld van die mikromilieu bevestig, wat wetenskaplikes jare lank ontwikkel het. Eenduidig, met hierdie oorwinning het ook 'n ontwaakking gekom: Die Standaardmodel, wat met ongelooflike nauwkeurigheid bevestig is, beskryf slegs 'n klein deel van die heelal. Wat lê buite sy grense, bly 'n raaisel. En vandag, toe die herrie oor die "Godsdeeltjie" uitgeblus is, gaan fisici voort om in die data te kyk, met die hoop om die eerste glimp van wat kan word die volgende groot openings te sien.

Wat is die Boson Higgs en waarom het hy nie 'n punt gestel nie

Die Boson Higgs is 'n kwant veld wat al die ruimte deurdring. Dankie hierdie veld, kry elementêre deeltjies massa. Sonder dit sou die wêreld heelendal anders gewees het: daar sou geen atome, molekules, sterre of planeëte gewees het nie. Die ontdekking van hierdie deeltjie het 'n voltooide streep in die beeld van die mikromilieu gesit, wat bekend staan as die Standaardmodel. Dit verklare die interacties van alle bekende deeltjies, maar het ook baie vraagstukke sonder antwoordag. Waarom is daar in die heelal so min antivestiglikheid? Uit watter bestanddele bestaan donker matterie, wat onsigbaar is, maar geraak word deur gravitasie? Waarom het neutrino's, in teenstelling met die voorspellinge, massa? Hierdie vraagstukke gee nie die wetenskaplikes hartaan nie. Dit is waarom die Boson Higgs nie die einde, maar die begin van 'n nuwe fase in fisika genoem word. Sy eienskappe kan die pad wys na wat agter die horison van die bekende lig.

Volgende kandidaats: die Higgs-familie kan groter wees

Een van die mees natuurlike idees is dat die Boson Higgs nie die enigste lid van sy soort is nie. Teoretiese modelle voorspel die bestaan van meerdere Higgs-deeltjies, wat verskil in massa en ander eienskappe. 'n Uitgebreide Higgs-sektor kan sommige van die genoemde anomalieë verklare. Byvoorbeeld, as een ekstra dubbel skaalveld bygevoeg word, sal dit die moontlikheid vir die bestaan van 'n swak of ligte ekstra bosoen open. Fisici het reeds swakke, maar intrigeerende aanwysings in die data gesien, wat kan dui op soortgelyke deeltjies. Dit kon bosoene met massa's van ongeveer 95 of 150 giga-elektronvolt wees. Onder die ooreenkomste word ook psedoskaalbosoene beskou, wat in teorieë verband hou met akcione. As sulke deeltjies wel bestaan, sal hul ontdekking 'n sterke bevestiging wees van die feit dat die natuur meer gecompliceerd is as ons gedink het.

Donker matterie: die grootste raaisel van moderne fisika

Die mees verwagte kandidaat vir die rol van "volgende" deeltjie is die een wat donker matterie uitmaak. Ons weet dat dit ongeveer 'n kwart van die massa van die heelal uitmaak, maar ons weet nie watter deeltjies dit is nie. Hulle neem nie deel aan elektromagnetiese interaksies nie, dus kan hulle nie direk gesien word nie. Hulle gravitasionele invloed word egter uitgedruk in die beweging van galakties. Onder die hipotetiese kandidaats word spesiaal akcione uitgekyk — ligte deeltjies wat voorgestel is om 'n ander probleem in fisika op te los, en neutriino's — voorspelde deur die teorie van supersimmetrie. Supersimmetrie voorspel dat elke bekende deeltjie 'n partner met veranderde eienskappe het. Die ligste van sulke deeltjies kon stabiel en swak interageer, wat hom 'n ideaal kandidaat vir donker matterie maak. Eksperimente op kolliders en ondergrondse detektors voer reeds die soektog na sulke deeltjies, maar tot nog toe sonder sukses. Eenduidig, fisici verloor nie hul optimisme nie: as donker matterie bestaan, moet dit syself uitdruk deur rare voorvalle, en vroeg of laat sal ons dit vaststel.

Nie net fundamenteel, maar ook saamgestel: die adronpark word uitgebrei

Behalwe die soektog na nuwe fundamentele deeltjies, gaan wetenskaplikes voort om saamgestelde objekte te ontdek, wat uit kwarks bestaan. Hierdie deeltjies help om die swakke interactie beter te verstaan — die krag wat kwarke binne protone en neutronen hou. In die afgelope jare is daar nuwe mesons en baryons met ongewone kombinasies van kwarke ontdek. Sommige van hulle het verhoogde toestande van bekende deeltjies gewees, terwyl ander eksotiese strukture soos tetrakwarke of pentakwarke was. Elke soort ontdekking brei ons begrip van kwantumchromodynamika uit en bring ons nader aan die skepping van 'n vollediger teorie. Hoewel hierdie deeltjies nie "nuwe fundamentele fisika" is nie, laat hulle toe om teorieë in ekstreme omstandighede te toets en afwykings van voorspellinge te soek.

Nuwe versnellers: hoe gaan ons die volgende deeltjie soek

Om buite die Standaardmodel te kyk, is meer kragtige instrumente nodig. Moderne kolliders het hul energielimiet bereik, en vir nuwe ontdekkinge is die volgende stap nodig. Wetenskaplikes het reeds ringversnellers van die volgende generasie ontwerp, wat baie meer krag as die bestaande sal hê. Hulle sal protone met voldoende energie om te bots om te bring, om deeltjies te bly, wat tans onbeskikbaar is. Blykens is ook elektron-positron-kolliders ontwikkel, wat die moontlikheid sal gee om die eienskappe van bekende deeltjies met ongehoorde nauwkeurigheid te bestudeer. En in 'n meer afgeleë toekoms word die projekke van mjuonkolliders beskou — mjuone, as punktdeeltjies, maak meer "reine" voorvalle, wat die sleutel kan wees tot die ontdekking van nuwe fenomene.

Wat kan die volgende openings bring

Die ontdekking van enige deeltjie buite die Standaardmodel sal 'n revolusie wees. As 'n ekstra Boson Higgs gevind word, sal dit teorieë oor 'n meer komplekse struktuur van die vacuüm bevestig. As 'n deeltjie van donker matterie ontdek word, sal ons eindelik begryp waaruit 'n groot deel van die heelal bestaan. As supersimmetrische partners hulself vertoon, sal dit die pad wys na die verbinding van alle natuurlike kragte. Elke van hierdie gebeurtenisse sal ons begrip van die kosmos verander. En hoewel ons tans net swakke aanwysings in die data sien, word die soektog nie verlaat nie. Wetenskaplikes analiseer elke voorval, elke uitbarsting van energie, met die hoop om 'n signaal te vast te stel wat nie in standaardverklaarings past nie.

Sluiting

Die Boson Higgs was die top van 'n berg, maar agter dit gaan 'n hele heuwel van onbekende gebiede op. Vandag is fisika van elementêre deeltjies op 'n kruispunt. Daar is baie teorieë, maar tot nog toe geen eksperimentele bevestigings nie. Die volgende nuwe deeltjie kan iets van wat reeds voorspel is, of iets volledig onverwagtes wees. Wetenskaplikes berei hul voor vir enige ontwikkeling. Een ding kan met sekerheid gesê word: as ons voortgaan om te soek, sal ons ongetwyfeld vind. Die geskiedenis van wetenskap leer ons dat die grootste ontdekkinge dikwels gebeur toe hulle minst verwag is. En, moontlik, die volgende groot deeltjie sit reeds in die data, wagend om sy swak, maar seker signaal te wys.

Permanent link to this publication: