نعلم جميعًا ونحب بوزونات هيغز - التي تم وصفها عن طريق الخطأ من قبل علماء الفيزياء في وسائل الإعلام باسم "جسيم الله" - وهو جسيم دون ذري تم اكتشافه لأول مرة في مصادم هادرون الكبير (LHC) في عام 2012. هذا الجسيم هو قطعة من مجال يتخلل كل الزمكان ؛ يتفاعل مع العديد من الجسيمات ، مثل الإلكترونات والكواركات ، مما يمد تلك الجسيمات بالكتلة ، وهو أمر رائع جدًا.
لكن هيجز الذي اكتشفناه كان خفيف الوزن بشكل مدهش. وفقًا لأفضل تقديراتنا ، كان يجب أن يكون أثقل كثيرًا. هذا يفتح سؤالًا مثيرًا للاهتمام: بالتأكيد ، اكتشفنا بوزون هيجز ، ولكن هل كان هذا هو بوزون هيجز الوحيد؟ هل هناك المزيد من الطفو هناك للقيام بأشياءهم الخاصة؟
على الرغم من أنه ليس لدينا أي دليل حتى الآن على وجود هيغز أثقل ، فإن فريقًا من الباحثين في LHC ، أكبر جهاز تحطيم ذرة في العالم ، يحفرون في هذا السؤال أثناء حديثنا. وهناك حديث عن أنه عندما يتم تحطيم البروتونات معًا داخل المصادم على شكل حلقة ، فإن جسيمات هيجز الضخمة وحتى هيجز تتكون من أنواع مختلفة من هيجز يمكن أن تخرج من الاختباء.
إذا كان Higgs الثقيل موجودًا بالفعل ، فإننا نحتاج إلى إعادة تكوين فهمنا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات مع الإدراك المكتشف حديثًا أن هناك أكثر بكثير من Higgs مما تراه العين. وضمن هذه التفاعلات المعقدة ، قد يكون هناك دليل على كل شيء من كتلة جزيء النيوترينو الشبح إلى المصير النهائي للكون.
كل شيء عن البوزون
بدون بوزون هيجز ، ينهار النموذج القياسي بأكمله إلى حد كبير. ولكن للتحدث عن بوزون هيجز ، نحتاج أولاً إلى فهم كيفية رؤية النموذج القياسي للكون.
في أفضل تصوراتنا للعالم دون الذري باستخدام النموذج القياسي ، ما نفكر فيه كجسيمات ليس في الواقع مهمًا جدًا. بدلاً من ذلك ، هناك حقول. تتخلل هذه الحقول وتمتص كل المكان والزمان. يوجد مجال واحد لكل نوع من الجسيمات. لذا ، هناك مجال للإلكترونات ، ومجال للفوتونات ، وما إلى ذلك. ما تفكر فيه كجسيمات هو اهتزازات محلية صغيرة حقًا في مجالاتها الخاصة. وعندما تتفاعل الجسيمات (على سبيل المثال ، ترتد عن بعضها البعض) ، فإن الاهتزازات في الحقول هي التي تؤدي رقصة معقدة للغاية.
بوزون هيجز لديه نوع خاص من الحقول. مثل الحقول الأخرى ، فإنه يتغلغل في كل المكان والزمان ، كما يمكنه التحدث واللعب مع حقول الجميع.
لكن مجال هيجز له وظيفتان مهمتان للغاية لا يمكن تحقيقهما بواسطة أي مجال آخر.
وظيفتها الأولى هي التحدث إلى بوزونات W و Z (عبر مجالاتها) ، حاملي القوة النووية الضعيفة. من خلال التحدث إلى هذه البوزونات الأخرى ، فإن هيجز قادر على منحهم كتلة والتأكد من أنهم يبقون منفصلين عن الفوتونات ، حاملي القوة الكهرومغناطيسية. بدون تدخل بوزون هيجز ، سيتم دمج كل هذه الناقلات معًا ، وستندمج هاتان القوتان معًا.
المهمة الأخرى لبوزون هيجز هي التحدث إلى الجسيمات الأخرى ، مثل الإلكترونات. من خلال هذه المحادثات ، يمنحهم أيضًا كتلة. كل هذا يعمل بشكل جيد ، لأنه ليس لدينا طريقة أخرى لشرح كتل هذه الجسيمات.
خفيف وثقيل
تم التوصل إلى كل هذا في الستينيات من خلال سلسلة من الرياضيات المعقدة ولكن الأنيقة بالتأكيد ، ولكن هناك عقبة واحدة صغيرة للنظرية: لا توجد طريقة حقيقية للتنبؤ بالكتلة الدقيقة لبوزون هيجز. وبعبارة أخرى ، عندما تبحث عن الجسيم (وهو الاهتزاز المحلي الصغير للحقل الأكبر بكثير) في مصادم الجسيمات ، فأنت لا تعرف بالضبط ماذا وأين ستجده.
في عام 2012 ، أعلن العلماء في LHC عن اكتشاف بوزون هيجز بعد العثور على عدد قليل من الجسيمات التي تمثل مجال هيجز عندما تم تحطيم البروتونات في بعضها البعض بسرعة قريبة من سرعة الضوء. كان لهذه الجسيمات كتلة 125 جيجا إلكترون فولت (GeV) ، أو ما يعادل تقريبًا 125 بروتونًا - لذلك فهي ثقيلة نوعًا ما ولكنها ليست ضخمة بشكل لا يصدق.
للوهلة الأولى ، كل ذلك يبدو على ما يرام. لم يكن لدى الفيزيائيين توقعًا حقيقيًا لكتلة بوزون هيجز ، لذا يمكن أن يكون ما يريدونه ؛ حدث أن وجدنا الكتلة في نطاق الطاقة من LHC. تخلص من الشامبانيا ، ودعونا نبدأ الاحتفال.
باستثناء أن هناك بعض التنبؤات المترددة ، من نوع ما ، حول نصف كتلة بوزون هيجز بناءً على طريقة تفاعلها مع جسيم آخر ، الكوارك العلوي. تتنبأ هذه الحسابات بطرق عددية أعلى من 125 جي في. يمكن أن تكون هذه التوقعات خاطئة ، ولكن يجب أن نعود إلى الرياضيات ونكتشف أين تسير الأمور. أو عدم التطابق بين التنبؤات الواسعة وواقع ما تم العثور عليه داخل المصادم LHC يمكن أن يعني أن هناك المزيد لقصة بوزون هيجز.
هيجز ضخم
يمكن أن يكون هناك عدد كبير جدًا من بوزونات هيغز التي تكون ثقيلة جدًا بحيث لا يمكننا رؤيتها مع جيلنا الحالي من مصادمات الجسيمات. (تعود طاقة الكتلة إلى معادلة آينشتاين الشهيرة E = mc ^ 2 ، والتي تُظهر أن الطاقة هي الكتلة والكتلة هي الطاقة. شيء.)
في الواقع ، تتنبأ بعض نظريات المضاربة التي تدفع معرفتنا بالفيزياء إلى ما وراء النموذج القياسي بوجود بوزونات هيغز الثقيلة. تعتمد الطبيعة الدقيقة لهذه الشخصيات الإضافية Higgs على النظرية ، بالطبع ، تتراوح في أي مكان من مجرد حقل واحد أو اثنين من حقول Higgs الثقيلة للغاية حتى الهياكل المركبة المصنوعة من أنواع مختلفة من بوزونات Higgs عالقة معًا.
يعمل المنظرون بجد في محاولة لإيجاد أي طريقة ممكنة لاختبار هذه النظريات ، لأن معظمها لا يمكن الوصول إليه ببساطة من خلال التجارب الحالية. في ورقة بحث حديثة قدمت لمجلة فيزياء الطاقة العالية ، ونشرت عبر الإنترنت في مجلة arXiv ما قبل الطباعة ، قدم فريق من الفيزيائيين اقتراحًا للبحث عن وجود المزيد من بوزونات هيغز ، بناءً على الطريقة الغريبة التي قد تتحلل فيها الجسيمات الجسيمات الأخف وزنا ويسهل التعرف عليها ، مثل الإلكترونات والنيوترينوات والفوتونات. ومع ذلك ، فإن هذه الاضمحلال نادرة للغاية ، لذلك بينما يمكننا من حيث المبدأ العثور عليها مع المصادم LHC ، سيستغرق الأمر سنوات عديدة أخرى من البحث لجمع بيانات كافية.
عندما يتعلق الأمر بالهيغز الثقيل ، علينا فقط التحلي بالصبر.
