Svi znamo i volimo Higgsov bozon - koji je na zgražanje fizičara u medijima pogrešno označen kao "Božja čestica" - subatomska čestica koja je prvi put primijećena na Velikom hadronskom sudaraču (LHC) još 2012. Ta čestica je komad polja koje prožima sav prostor-vrijeme; interakcija je s mnogim česticama, poput elektrona i kvarkova, pružajući tim česticama masu, što je prilično cool.
Ali Higgsi koje smo primijetili bili su iznenađujuće lagani. Prema našim najboljim procjenama, trebalo je biti puno teže. Ovo otvara zanimljivo pitanje: Naravno, primijetili smo Higgsov bozon, ali je li to bio jedini Higgsov bozon? Ima li još lebdjelih vani koji rade svoje stvari?
Iako još nemamo dokaza o težem Higgsu, tim istraživača sa sjedišta LHC-a, najvećeg svjetskog razbijača atoma, istražuje to pitanje dok govorimo. Govori se da, kako se protoni međusobno razbiju unutar prstenastog sudara, ogromni Higgsovi i čak Higgsovi čestici sastavljeni od raznih vrsta Higgsa mogli bi izaći iz skrivanja.
Ako teški Higg doista postoji, onda moramo rekonfigurirati svoje razumijevanje Standardnog modela fizike čestica s novom pronalaskom spoznaje da Higgs ima mnogo više nego što to upada u oči. A u tim složenim interakcijama mogao bi se pronaći trag za sve, od mase sablasnih neutrinskih čestica do konačne sudbine svemira.
Sve o bozonu
Bez Higgsova bozona, poprilično se cijeli Standardni model ruši. Ali da bismo razgovarali o Higgsovom bozonu, prvo moramo razumjeti kako Standardni model gleda na svemir.
U našoj najboljoj koncepciji subatomskog svijeta pomoću standardnog modela, ono što mi smatramo česticama zapravo i nije baš važno. Umjesto toga, postoje polja. Ta polja prožimaju i natapaju sav prostor i vrijeme. Za svaku vrstu čestica postoji jedno polje. Dakle, postoji polje za elektrone, polje za fotone i tako dalje, i tako dalje. Ono što vi smatrate česticama, doista su lokalne male vibracije u njihovim određenim poljima. A kada čestice međusobno djeluju (recimo, odskačući jedna od druge), to je stvarno vibracija na poljima koji izvode vrlo kompliciran ples.
Higgsov bozon ima posebnu vrstu polja. Kao i ostala polja, ona prožima sav prostor i vrijeme, a također se može razgovarati i igrati sa poljima drugih.
Ali Higgsovo polje ima dva vrlo važna posla koja ne mogu postići nijedno drugo polje.
Njezin prvi posao je razgovor s W i Z bozonima (preko njihovih polja), nosiocima slabe nuklearne sile. Razgovarajući s tim drugim bozonima, Higgsov je u stanju dati im masu i osigurati da ostanu odvojeni od fotona, nosača elektromagnetske sile. Bez ometanja Higgsovog bozona, svi ti nosači bili bi spojeni i te dvije sile bi se spojile.
Drugi je posao Higgsovog bozona razgovor s drugim česticama, poput elektrona; kroz te razgovore to im također daje masu. Sve se to lijepo odvija jer nemamo drugi način objašnjavanja mase tih čestica.
Lagana i teška
Sve je to razrađeno 1960-ih godina kroz seriju komplicirane, ali sigurno elegantne matematike, ali postoji samo jedan maleni korak s teorijom: Ne postoji pravi način predviđanja točne mase Higgsova bozona. Drugim riječima, kada tražite čestica (koja je mala lokalna vibracija puno većeg polja) u sudaru čestica, ne znate točno što i gdje ćete je pronaći.
Znanstvenici iz LHC-a 2012. godine najavili su otkriće Higgsovog bozona nakon što su pronašli nekoliko čestica koje predstavljaju Higgsovo polje nastalo kada su se protoni međusobno usmrtili pri brzini svjetlosti. Te su čestice imale masu od 125 gigaelektronvolta (GeV) ili otprilike ekvivalent od 125 protona - tako da su nekako teške, ali ne i nevjerojatno ogromne.
Na prvi pogled, sve to zvuči u redu. Fizičari zapravo nisu imali čvrsto predviđanje mase Higgsovog bozona, pa bi to moglo biti sve što je htio biti; slučajno smo pronašli masu unutar energetskog raspona LHC. Izbacite mjehurić i krenimo s proslavom.
Osim što postoje nekakva oklijevajuća, svojevrsna, na pola predviđanja o masi Higgsovog bozona na temelju načina na koji on djeluje s još jednom česticom, gornjim kvarkom. Ti proračuni predviđaju brojčano veći rezultat od 125 GeV. Moglo bi se samo dogoditi da su ta predviđanja pogrešna, ali onda se moramo krenuti matematikom i shvatiti kamo stvari idu s bijedom. Ili bi neusklađenost između širokih predviđanja i stvarnosti onoga što je pronađeno unutar LHC-a moglo značiti da o priči o Higgsovu bozonu ima više.
Ogromni Higgs
Tamo bi moglo biti čitava mnoštvo Higgsovih bozona koji su preteški da bismo ih vidjeli sa sadašnjom generacijom sudarača čestica. (Stvar mase-energije seže do Einsteinove čuvene jednadžbe E = mc ^ 2, koja pokazuje da je energija masa, a masa je energija. Što je veća masa čestice, to je veća energija i više energije je potrebno za stvaranje te težine stvar.)
U stvari, neke spekulativne teorije koje guraju naše znanje fizike izvan standardnog modela predviđaju postojanje ovih teških Higgsovih bozona. Točna priroda ovih dodatnih Higgsovih likova, naravno, ovisi o teoriji, koja se kreće bilo gdje od jednostavno jednog ili dva ekstra teška Higgsova polja do čak i kompozitnih struktura izrađenih od više različitih vrsta Higgsovih bizona.
Teoretičari su naporni u radu pokušavajući pronaći bilo koji mogući način za testiranje ovih teorija, jer je većina njih jednostavno nepristupačna trenutnim eksperimentima. U nedavnom radu objavljenom u časopisu Physical High Energy Physics i objavljenom na mreži u časopisu o prijepisu arXiv, tim fizičara iznio je prijedlog za traženje postojanja više Higgsovih bozona na temelju osebujnog načina na koji čestice mogu propadati u svjetlije, lakše prepoznatljive čestice, poput elektrona, neutrina i fotona. Međutim, ovi su propadi izuzetno rijetki, tako da će ih, iako ih u principu možemo pronaći s LHC-om, trebati još mnogo godina za prikupljanje dovoljno podataka.
Kad je riječ o teškim Higgovima, morat ćemo biti strpljivi.
