גילוי שדה היגס מאחורי חלקיק האל

שדה היגס הוא שדה האנרגיה התיאורטי המחלחל ליקום, על פי התיאוריה שהוצגה בשנת 1964 על ידי הפיזיקאי התיאורטי הסקוטי פיטר היגס. היגס הציע את התחום כהסבר אפשרי לאופן שבו הגיעו חלקיקי היסוד של היקום מסהמכיוון שבשנות השישים המודל הסטנדרטי של פיזיקת הקוונטים למעשה לא יכול היה להסביר את הסיבה למיסה עצמה. הוא הציע ששדה זה קיים בכל המרחב וכי חלקיקים צברו את המסה שלהם באמצעות אינטראקציה איתו.

אמנם בתחילה לא היה שום אישור ניסיוני לתיאוריה, אולם עם הזמן זה נראה כהסבר היחיד למיסה שנחשבה לרבים כתואמת את שאר התקן דוגמנית. עד כמה שזה נראה מוזר, מנגנון היגס (כפי שכונה לפעמים שדה היגס) היה מקובל לרוב בקרב פיזיקאים, יחד עם שאר הדגם הסטנדרטי.

אחת התוצאות של התיאוריה הייתה ששדה היגס יכול להתבטא כחלקיק, באופן בו תחומים אחרים בפיזיקת הקוונטים מתבטאים כחלקיקים. חלקיק זה נקרא בוזון היגס. גילוי בוזון היגס הפך למטרה מרכזית בפיזיקה הניסיונית, אך הבעיה היא שהתיאוריה לא ניבאה את המסה של בוסון היגס. אם גרמת להתנגשויות של חלקיקים במאיץ החלקיקים עם מספיק אנרגיה, בוזון היגס צריך להתבטא, אבל מבלי לדעת את המסה שהם חיפשו, פיזיקאים לא היו בטוחים כמה אנרגיה תצטרך להיכנס לשטח התנגשויות.

אחת התקוות המניעות הייתה של- Big Hadron Collider (LHC) תהיה מספיק אנרגיה בכדי לייצר את היגס בוזונים באופן ניסיוני מכיוון שהוא היה חזק יותר מכל מאיצי החלקיקים האחרים שנבנו לפני כן. ב- 4 ביולי 2012 הודיעו פיסיקאים מה- LHC כי הם מצאו תוצאות ניסוי התואמות את בוסון היגס, אם כי יש צורך בתצפיות נוספות כדי לאשר זאת ולקבוע את התכונות הפיזיות השונות של היגס בוסון. העדויות התומכות בכך גדלו, עד כי פרס נובל לפיזיקה לשנת 2013 הוענק לפיטר היגס ופרנסואה אנגלרט. כאשר פיזיקאים קובעים את תכונותיו של בוזון היגס, זה יעזור להם להבין יותר את התכונות הפיזיקליות של שדה היגס עצמו.

אחד ההסברים הטובים ביותר לתחום היגס הוא זה מבריאן גרין שהוצג בפרק ה- 9 ביולי של PBS ' מופע של צ'רלי רוזכאשר הופיע בתוכנית עם הפיזיקאי הניסוי מייקל טופטס כדי לדון בתגלית שהוכרזה על בוזון היגס:

המסה היא ההתנגדות שאובייקט מציע לשינוי המהירות שלה. אתה לוקח בייסבול. כשזורקים אותו, היד שלך מרגישה התנגדות. תפוצה, אתה מרגיש את ההתנגדות הזו. אותה דרך עבור חלקיקים. מאיפה מגיעה ההתנגדות? והתיאוריה הובאה שאולי החלל היה מלא ב"חומר "בלתי נראה "דברים" כמו מולסה, וכאשר החלקיקים מנסים לעבור דרך המולסה הם מרגישים התנגדות, א דביקות. זוהי הדביקות הזו שממנה המסה שלהם נובעת... זה יוצר את המיסה ...

... זה חומר בלתי נראה חמקמק. אתה לא רואה את זה. אתה צריך למצוא דרך לגשת אליו. וההצעה, שכעת נראית נושאת פרי, היא אם אתה מטיח יחדיו פרוטונים, חלקיקים אחרים, במהירויות מאוד גבוהות מאוד, וזה מה שקורה ב- Collider Large Hadron... אתה טורק את החלקיקים יחד במהירות גבוהה מאוד, אתה יכול לפעמים לטלטל את המולסה ולעתים להעיף מעט כתם של המולסה, שיהיה חלקיק של היגס. אז אנשים חיפשו את הכתם הקטן הזה של חלקיק ועכשיו נראה כאילו הוא נמצא.

אם התוצאות מה- LHC מתפוגגות, אז כשנקבע את טיבו של שדה היגס, נקבל תמונה שלמה יותר של האופן שבו הפיזיקה הקוונטית באה לידי ביטוי ביקום שלנו. באופן ספציפי, נקבל הבנה טובה יותר של המסה, מה שעלול להעניק לנו הבנה טובה יותר של כוח המשיכה. נכון לעכשיו, המודל הסטנדרטי של פיזיקת הקוונטים אינו אחראי לכוח המשיכה (אם כי הוא מסביר במלואו את האחרכוחות יסוד של הפיזיקה). הנחיה ניסיונית זו עשויה לעזור לפיזיקאים תיאורטיים לחדד מתיאוריה של כוח הכבידה הקוונטי זה חל על היקום שלנו.

זה עשוי אפילו לעזור לפיזיקאים להבין את החומר המסתורי ביקום שלנו, שנקרא חומר אפל, שאינו ניתן לצפייה אלא באמצעות השפעה כבידתית. לחלופין, הבנה רבה יותר של שדה היגס עשויה לספק תובנות מסוימות לגבי כוח הכובד הדוחה שהפגינו אנרגיה שחורה נראה שזה מחלחל ליקום הצפוי שלנו.