Upptäckten av Higgs energifält

Higgs-fältet är det teoretiska energifältet som genomsyrar universum, enligt teorin som presenterades 1964 av den skotska teoretiska fysikern Peter Higgs. Higgs föreslog fältet som en möjlig förklaring för hur de grundläggande partiklarna i universum kom att ha massa, eftersom på 1960-talet inte kunde kvantfysikens standardmodell faktiskt förklara orsaken till själva massan. Han föreslog att detta fält fanns i hela rymden och att partiklarna fick sin massa genom att interagera med det.

Upptäckten av Higgs-fältet

Även om det ursprungligen inte fanns någon experimentell bekräftelse för teorin, kom det över tid att ses som den enda förklaringen för massa som allmänt betraktades som förenlig med resten av standardmodellen. Så konstigt som det verkade, Higgs-mekanismen (som Higgs-fältet ibland kallades) accepterades allmänt allmänt bland fysiker, tillsammans med resten av standardmodellen.

En konsekvens av teorin var att Higgs-fältet kunde manifestera sig som en partikel, mycket på det sätt som andra fält inom kvantefysik manifesteras som partiklar. Denna partikel kallas Higgs boson. Att upptäcka Higgs-boson blev ett huvudmål för experimentell fysik, men problemet är att teorin faktiskt inte förutsåg Higgs-bosonens massa. Om du orsakade partikelkollisioner i en partikelaccelerator med tillräckligt med energi borde Higgs boson manifestera sig, men utan att veta den massa de letade efter var fysiker inte säkra på hur mycket energi som skulle behöva gå in i kollisionerna..

Ett av drivhopparna var att Large Hadron Collider (LHC) skulle ha tillräckligt med energi för att generera Higgs-bosoner experimentellt eftersom den var kraftigare än alla andra partikelacceleratorer som hade byggts tidigare. Den 4 juli 2012 meddelade fysiker från LHC att de fann experimentella resultat i överensstämmelse med Higgs-boson, även om ytterligare observationer behövs för att bekräfta detta och för att bestämma de olika fysiska egenskaperna hos Higgs-boson. Beviset till stöd för detta har vuxit, i den utsträckning som Nobelpriset i fysik 2013 tilldelades Peter Higgs och Francois Englert. När fysiker bestämmer Higgs-bosonens egenskaper kommer det att hjälpa dem att mer förstå de fysiska egenskaperna för Higgs-fältet självt.

Brian Greene på Higgs-fältet

En av de bästa förklaringarna till Higgs-fältet är den här från Brian Greene, presenterad i avsnittet 9 juli av PBS. Charlie Rose Show, när han dök upp på programmet med den experimentella fysikeren Michael Tufts för att diskutera den aviserade upptäckten av Higgs boson:

Mass är den motstånd som ett objekt erbjuder för att ändra hastigheten. Du tar en baseboll. När du kastar den känner din arm motstånd. En skott, du känner det motståndet. På samma sätt för partiklar. Var kommer motståndet från? Och teorin framfördes att kanske utrymmet fylldes med ett osynligt "grejer", ett osynligt melassliknande "grejer", och när partiklarna försöker röra sig genom melassan känner de en motstånd, en klibbighet. Det är den klibbighet som är där deras massa kommer från ... Det skapar massan ...

... det är en svårfångande osynliga grejer. Du ser det inte. Du måste hitta ett sätt att komma åt det. Och förslaget, som nu verkar bära frukt, är om du smälter protoner ihop, andra partiklar, i mycket, mycket höga hastigheter, vilket är vad som händer vid Large Hadron Collider ... du smälter partiklarna ihop vid mycket höga hastigheter, du kan ibland fnyslar melassan och flickar ibland ut en liten fläck av melassan, som skulle vara en Higgs-partikel. Så människor har letat efter den lilla fläcken av en partikel och nu ser det ut som det har hittats.

Framtiden för Higgs-fältet

Om resultaten från LHC går ut, kommer vi att få en mer fullständig bild av hur kvantfysik manifesteras i vårt universum när vi bestämmer Higgs-fältets natur. Specifikt kommer vi att få en bättre förståelse av massa, vilket i sin tur kan ge oss en bättre förståelse av tyngdkraften. För närvarande står kvantfysikens standardmodell inte för gravitationen (även om den helt förklarar fysikens andra grundläggande krafter). Denna experimentella vägledning kan hjälpa teoretiska fysiker att finslipa till en teori om kvanttyngd som gäller vårt universum.

Det kan till och med hjälpa fysiker att förstå den mystiska materien i vårt universum, kallad mörk materia, som inte kan observeras förutom genom gravitationspåverkan. Eller, potentiellt, en större förståelse av Higgs-fältet kan ge viss insikt i den avvisande tyngdkraften som visas av den mörka energin som verkar genomsyra vårt observerbara universum.