Всички знаем и обичаме бозона на Хигс - който за скръб на физиците е погрешно маркиран в медиите като „божията частица“ - субатомна частица, забелязана за първи път в Големия адронен колайдер (LHC) през 2012 г. Тази частица е парче на поле, което прониква цялото пространство-време; той взаимодейства с много частици, като електрони и кварки, като осигурява на тези частици маса, което е доста готино.
Но Хигс, който забелязахме, беше изненадващо лек. Според най-добрите ни оценки е трябвало да е доста по-тежко. Това отваря интересен въпрос: Разбира се, забелязахме бог на Хигс, но това ли беше единственият бог на Хигс? Има ли повече плаващи наоколо, правещи свои неща?
Въпреки че все още нямаме доказателства за по-тежък Хигс, екип от изследователи, базирани на LHC, най-големият уред за разбиване на атоми в света, се занимава с този въпрос, докато говорим. И се говори, че докато протоните се разбиват вътре в пръстеновидния сблъсък, огромните частици Хигс и дори Хигс, съставени от различни видове Хигс, могат да излязат от укритие.
Ако тежкият Хигс наистина съществува, тогава трябва да пренастроим нашето разбиране на Стандартния модел на физиката на частиците с новооткритото осъзнаване, че за Хигс има много повече, отколкото среща окото. И в тези сложни взаимодействия може да има представа за всичко - от масата на призрачната неутрино-частица до крайната съдба на Вселената.
Всичко за бозона
Без бозона на Хигс, почти целият модел се срива. Но за да говорим за бозона на Хигс, първо трябва да разберем как Стандартният модел гледа на Вселената.
В нашата най-добра представа за субатомния свят, използващ Стандартния модел, това, което мислим за частици, всъщност не е много важно. Вместо това има полета. Тези полета проникват и усвояват цялото пространство и време. Има по едно поле за всеки вид частици. Значи, има поле за електрони, поле за фотони и така нататък и така нататък. Това, което мислите за частици, са наистина локални малки вибрации в техните конкретни полета. И когато частиците си взаимодействат (като, да речем, отскачат една от друга), наистина вибрациите в полетата правят много сложен танц.
Хигс бозонът има специален вид поле. Подобно на другите полета, тя прониква в цялото пространство и време, а също така може да говори и да играе с полета на всички останали.
Но полето на Хигс има две много важни задачи, които не могат да бъдат постигнати от никоя друга област.
Първата му задача е да разговаря с бозоните W и Z (чрез съответните си полета), носителите на слабата ядрена сила. Разговаряйки с тези други бозони, Хигс е в състояние да им даде маса и да се увери, че те остават отделени от фотоните, носителите на електромагнитна сила. Без богът на Хигс бозон, който работи, всички тези носители ще бъдат слети заедно и тези две сили ще се слеят заедно.
Другата работа на Хигс бозона е да говори с други частици, като електрони; чрез тези разговори, това също им дава маса. Всичко това се получава добре, защото нямаме друг начин да обясним масите на тези частици.
Лек и тежък
Всичко това е разработено през 60-те години на миналия век чрез поредица от сложна, но сигурно елегантна математика, но има само едно мъничко пристъпване към теорията: Няма реален начин да се предвиди точната маса на бозона на Хигс. С други думи, когато търсите частицата (която е малката локална вибрация на много по-голямото поле) в сблъсък на частици, вие не знаете точно какво и къде ще я намерите.
През 2012 г. учени от LHC обявиха откриването на бозона на Хигс, след като намериха няколко от частиците, които представляват полето на Хигс, които са били произведени, когато протоните са били ударени един в друг с близка светлинна скорост. Тези частици имаха маса от 125 гигаелектронволта (GeV), или около еквивалента на 125 протона - така че е вид тежък, но не невероятно огромен.
На пръв поглед всичко, което звучи добре. Физиците всъщност не са имали категорична прогноза за масата на бозона на Хигс, така че може да бъде каквото иска да бъде; случайно открихме масата в енергийния обхват на LHC. Разчупете мехурчето и нека започнем да празнуваме.
С изключение на това, че има някакви колебливи, вид на половин прогнози за масата на бозона на Хигс, въз основа на начина, по който той взаимодейства с още една частица - горния кварк. Тези изчисления прогнозират по-висок от 125 GeV. Просто може да се окаже, че тези прогнози са грешни, но тогава трябва да се върнем към математиката и да разберем накъде вървят нещата. Или несъответствието между широките прогнози и реалността на онова, което беше открито в LHC, може да означава, че има нещо повече за историята на Хигс за бозоните.
Огромни Хигс
Там много добре би могло да има цяла плетеница от Хигс бозони, които са прекалено тежки, за да се видим с настоящото ни поколение на сблъсъци за частици. (Масово-енергийното нещо се връща към известното уравнение на Айнщайн E = mc ^ 2, което показва, че енергията е маса, а масата е енергия. Колкото по-голяма е масата на частиците, толкова повече енергия има и толкова повече енергия е необходима, за да създаде този здрав нещо.)
Всъщност някои спекулативни теории, които изтласкват познанията ни за физиката извън стандартния модел, предсказват съществуването на тези тежки бозони на Хигс. Точният характер на тези допълнителни герои на Хигс зависи от теорията, разбира се, варираща навсякъде от просто едно или две изключително тежки полета на Хигс до дори композитни структури, направени от множество различни видове Хигсови бозони, залепени заедно.
Теоретиците се стараят да се опитват да намерят всеки възможен начин за тестване на тези теории, тъй като повечето от тях са просто недостъпни за текущите експерименти. В неотдавнашен документ, публикуван в Journal of High Energy Physics и публикуван онлайн в списанието за предварително отпечатване arXiv, екип от физици разработи предложение за търсене на съществуването на повече бозони на Хигс, въз основа на особения начин, по който частиците могат да се разпаднат в по-леки, по-лесно разпознаваеми частици, като електрони, неутрино и фотони. Тези разпадания обаче са изключително редки, така че докато по принцип можем да ги открием с LHC, ще са необходими още много години на търсене за събиране на достатъчно данни.
Когато става въпрос за тежките Хигс, ние просто ще трябва да бъдем търпеливи.
