În caz dacă bosonul Higgs nu s-ar fi descompus astfel, aceasta ar fi zdruncinat înțelegerea noastră a modului în care funcționează universul.
Timp de decenii, fizicienii au căutat bosonul Higgs: teoretizata „particulă a lui Dumnezeu” al cărei alter ego, un câmp care străbate întregul univers, dă materiei masă.
În cele din urmă, în anul 2012, oamenii de ştiinţă au detectat particula evazivă (en), iar acum, ei au obținut noi perspective cruciale urmărind cum ea se descompune.
În două studii noi (en), fizicienii au arătat că detectorii de la Large Hardon Collider (LHC) ai CERN au reușit să detecteze descompunerea bosonilor Higgs în perechi de particule mici numite bottom quarci.
Vedeţi şi: LHC a detectat din nou bosonul Higgs, de această dată într-un dans cu top quarcul
Detectarea marchează o nouă realizare a fizicii teoretice a particulelor, care a prezis această descompunere.
De asemenea, studiile sunt descoperiri experimentale care timp de decenii se află în curs de realizare.
„Noi nu eram siguri că o vom putea vedea vreodată”, spune fizicianul de la CERN Andreas Hoecker (en), purtătorul de cuvânt de la ATLAS Collaboration, care gestionează unul dintre detectori.
The @ATLASexperiment and @CMSexperiment at CERN have finally observed the long-sought decay of the Higgs boson to bottom quarks: https://t.co/Ogy5B7SOga
Watch the webcast of the LHC seminar: https://t.co/zTjbIhtv0z pic.twitter.com/kOOY7MPiBg
— CERN (@CERN) August 28, 2018
„Mulţi oameni, în special cei care sunt implicați în aceste experimente de mult timp, sunt foarte, foarte entuziasmaţi de rezultate”.
Vă întrebaţi ce este un boson Higgs, ce este un quark bottom şi de ce ei contează atât de mult? Vom încerca să răspundem mai jos.
Ce este bosonul Higgs?
Bosonul Higgs este o particulă cheie în Modelul Standard, teoria care descrie particulele elementare cunoscute şi modurile în care ele interacționează.
Noi ştim că Modelul Standard este incomplet; el nu include materia întunecată — substanța evazivă care reprezintă 85% din masa universului (en) — sau o descriere a modului în care gravitația funcționează la nivelul cuantic.
Cu toate acestea, ea este extrem de reușită în ceea ce privește descrierea componentelor de bază a universului nostru.
În anii 1960, fizicienii, printre care François Englert și Peter Higgs, au făcut o actualizare a modelului standard ce a explicat de ce unele particule, cum ar fi pachetele de lumină cunoscute sub denumirea de fotoni, nu au masă, în timp ce altele o au.
Ei au teoretizat că un câmp energetic în tot universul interacţionează cu particulele în două moduri diferite.
Unele particule, precum ar fi fotonii, trec fulgerător prin acest aşa-numit câmp Higgs ca şi cum nu ar fi nimic acolo.
Altele sunt prinse în câmp, de parcă ar înota într-un sirop.
Această încetinire este ceea ce le oferă particulelor masă.
În fizica particulelor, câmpurilor le corespund anumite particule: Aruncaţi o piatră într-un „iaz” de câmp electromagnetic şi din el va împroșca un foton.
Aproximativ în același mod, bosonul Higgs reprezintă un pachet excitat din câmpul Higgs.
După decenii de căutări, în 2012 cercetătorii de la LHC au anunțat că au găsit o nouă particulă asemănătoare cu bosonul Higgs — o descoperire care le-a adus lui Englert şi Higgs premiul Nobel pentru fizică din 2012.
Încă de atunci, fizicienii au verificat această nouă particulă după faptul cum ea se conformează cu modelul standard, pentru a vedea dacă se comportă ca bosonul Higgs teoretic.
Deocamdată, o face.
Ce au de a face cu aceasta quarcii?
Spre deosebire de electroni care pot exista miliarde de ani (en), viaţa unui boson Higgs este uimitor de scurtă — este mai mică decât un sextilion din secundă (en).
După această existenţă trecătoare, un boson Higgs se separă în alte tipuri de particule.
Spre exemplu, cercetătorii au anunțat în 2014 că ATLAS şi CMS, doi detectori de la LHC, au urmărit descompunerea bosonului Higgs în perechi de fotoni cu raze gama.
Modelul Standard, de asemenea, prezice că Higgs se poate descompune în particule numite quarkuri.
Quark-urile sunt reprezentate prin şase tipuri sau li se mai spun „arome” — up, down, top, bottom, charm şi strange — şi, printre alte particule mai mari, ei sunt blocurile de construcție a protonilor şi neutronilor în atomi.
Descompunerea bosonului Higgs trebuie să respecte câteva reguli-cheie.
De exemplu, din cauza că bosonul Higgs nu are sarcină electrică, produsul său secundar din urma descompunerii trebuie să se combine pentru a avea la fel o sarcină electrică egală cu zero.
Când bosonul Higgs se descompune în quarci, ce au sarcină electrică, ei apar ca perechi: un quark şi un „antiquark”, o particulă opusă în toate privințele şi cu sarcină electrică opusă.
Vedeţi şi: Cercetătorii au descoperit “Particula Înger” care este materie şi anti-materie în acelaşi timp
În acest fel, sarcinile perechii se anulează reciproc.
Masa bosonului Higgs, de asemenea, limitează posibilele descompuneri.
Deoarece fiecare quarc bottom este de 30 de ori mai uşor decât Higgs, aşa dar, când bosonul Higgs se descompune, el poate cu ușurință produce o pereche de aceștia,.
Modelul standard spune că atunci când un boson Higgs se descompune, aproximativ în 58% din cazuri, acesta se va diviza într-o pereche de quark -antiquark bottom .
Această predicţie a fost un test crucial pentru modelul standard: Dacă cercetătorii nu erau să fi văzut niciodată descompunerea bosonului Higgs într-un quark bottom, atunci profundele noastre teorii despre funcționarea universului ar fi fost aruncate în haos.
„Modelul standard nu ar accepta aceasta sub nici o formă”, a spus Hoecker (en).
Acum, utilizând detectorii ATLAS şi CMS, cercetătorii au urmărit separat descompunerea bosonului Higgs în quarci bottom, arătând că teoria se potrivește cu realitatea.
Cum cercetătorii au detectat descompunerea?
Încă din anii 1980 şi 1990, atunci când LHC pentru prima dată a fost conceput, fizicienii înțelegeau cât de grea va fi detectarea unei descompuneri în Higgs-bottom, spune Hoecker (en).
LHC ciocnește o pereche de protoni cu o viteză aproximativ egală cu cea a luminii, creând avalanșe uriașe de particule care se împrăștie în interiorul detectorilor masivi.
Aceste resturi conțin o mulțime de particule diferite la un loc în același timp şi multe din ele arată ca o descompunere de Higgs-bottom.
Fizicienii au reconstruit exact modul în care s-a desfășurat o anumite coliziune, folosind particulele detectate în urma descompunerii — se aseamănă un pic cu reconstrucția unui accident rutier masiv prin examinarea rămășițelor şi urmelor de anvelope rămase în urma acestuia.
Ani de colectare de date, simulări şi algoritmuri de învățare automată, au permis echipelor ATLAS şi CMS să controleze totul, cu excepția descompunerii Higgs pe care o căutau.
Până în 2017, fizicienii au adunat suficiente date pentru a obține dovezile descompunerii.
Şi, începând cu luna iunie, ei erau deja siguri că datele lor nu erau o simplă coincidenţă.
„Acesta este într-adevăr un proces foarte complicat, la care lucrează o echipă foarte mare, din care aproximativ o sută lucrează doar la analiză”, spune Hoecker (en).
„Ce presupune în general, colectare de date, operarea detectorului [ATLAS], calibrarea lui şi multe, multe altele.
Colaborarea totală constă din aproximativ 3000 de autori științifici”.
De ce aceasta contează?
În primul rând, studiile oferă o mai multă încredere în faptul că noi am înțeles cum materia capătă masă.
Acesta este un lucru destul de important pentru înțelegerea universului.
Vedeţi şi: Un tip straniu de materie ar putea fi ascuns în interiorul stelelor neutronice
Şi datorită locului cheie ocupat de bosonul Higgs în modelul standard, chiar şi cele mai mici discrepanţe dintre teorie şi observații. ar putea deschide calea spre o fizică nouă.
Acum, când fizicienii știu că LHC poate detecta această descompunere în quarci-bottom, ei vor începe să o urmărească, pentru a vedea dacă ea încalcă careva reguli.
„Cu fiecare an de tot mai multe date, noi încercăm să detectăm orice abateri de la predicții”, spune Hoecker (en).
„Nu există nici un motiv ca abaterile să fie mari — de obicei în fizică, efectele sunt mici şi totul ţine de precizie”.
Ce fel de reguli ascunse ale universului am putea descoperi?
Oamenii de știință nu știu cu siguranță în ce moment şi până când bosonul Higgs va dezvălui mai multe secrete, spune Hoecker: „Noi doar putem smerit să ne continuăm măsurătorile şi natura ne va spune”.
Lasă un răspuns