Oppdagelsen av Higgs energifelt

Peter Macdiarmid/Getty Images

Higgs-feltet er det teoretiske energifeltet som gjennomsyrer universet, ifølge teorien som ble fremsatt i 1964 av den skotske teoretiske fysikeren Peter Higgs. Higgs foreslo feltet som en mulig forklaring på hvordan de fundamentale partiklene i universet ble til masse , fordi standardmodellen for kvantefysikk på 1960-tallet faktisk ikke kunne forklare årsaken til selve massen. Han foreslo at dette feltet eksisterte i hele rommet og at partikler fikk sin masse ved å samhandle med det.

Oppdagelsen av Higgs-feltet

Selv om det i utgangspunktet ikke var noen eksperimentell bekreftelse for teorien, ble den over tid sett på som den eneste forklaringen på masse som ble sett på som i samsvar med resten av standardmodellen. Så rart som det virket, var Higgs-mekanismen (som Higgs-feltet noen ganger ble kalt) generelt akseptert blant fysikere, sammen med resten av standardmodellen.

En konsekvens av teorien var at Higgs-feltet kunne manifestere seg som en partikkel, mye på samme måte som andre felt i kvantefysikken manifesterer seg som partikler. Denne partikkelen kalles Higgs-bosonet. Å oppdage Higgs-bosonet ble et hovedmål for eksperimentell fysikk, men problemet er at teorien faktisk ikke forutså massen til Higgs-bosonet. Hvis du forårsaket partikkelkollisjoner i en partikkelakselerator med nok energi, skulle Higgs-bosonet manifestere seg, men uten å vite massen de lette etter, var fysikerne ikke sikre på hvor mye energi som ville trenge for å gå inn i kollisjonene.

Et av de drivende håpene var at Large Hadron Collider (LHC) ville ha tilstrekkelig energi til å generere Higgs-bosoner eksperimentelt siden den var kraftigere enn noen andre partikkelakseleratorer som hadde blitt bygget før. Den 4. juli 2012 kunngjorde fysikere fra LHC at de fant eksperimentelle resultater i samsvar med Higgs-bosonet, selv om ytterligere observasjoner er nødvendig for å bekrefte dette og for å bestemme de forskjellige fysiske egenskapene til Higgs-bosonet. Bevisene til støtte for dette har vokst, i den grad at Nobelprisen i fysikk 2013 ble tildelt Peter Higgs og Francois Englert. Ettersom fysikere bestemmer egenskapene til Higgs-bosonet, vil det hjelpe dem mer fullstendig å forstå de fysiske egenskapene til selve Higgs-feltet.

Brian Greene på Higgs-feltet

En av de beste forklaringene på Higgs-feltet er denne fra Brian Greene, presentert i episoden 9. juli av PBS' Charlie Rose Show , da han dukket opp på programmet med eksperimentell fysiker Michael Tufts for å diskutere den annonserte oppdagelsen av Higgs-bosonet:

Masse er motstanden et objekt tilbyr mot å få hastigheten endret. Du tar en baseball. Når du kaster den, føler armen motstand. Et skuddstøt, du kjenner den motstanden. På samme måte for partikler. Hvor kommer motstanden fra? Og teorien ble fremsatt om at kanskje rommet var fylt med en usynlig 'ting', en usynlig melasse-lignende 'ting', og når partiklene prøver å bevege seg gjennom melassen, føler de en motstand, en klebrighet. Det er den klebrigheten som er der massen deres kommer fra. ... Det skaper massen....

... det er en unnvikende usynlig ting. Du ser det ikke. Du må finne en måte å få tilgang til den på. Og forslaget, som nå ser ut til å bære frukter, er at hvis du smeller protoner sammen, andre partikler, i veldig, veldig høye hastigheter, som er det som skjer ved Large Hadron Collider... du smeller partiklene sammen i veldig høye hastigheter, du kan noen ganger vippe melassen og noen ganger flikke ut en liten flekk av melassen, som ville være en Higgs-partikkel. Så folk har lett etter den lille flekk av en partikkel, og nå ser det ut som den er funnet.

Higgs-feltets fremtid

Hvis resultatene fra LHC går ut, vil vi etter hvert som vi bestemmer Higgs-feltets natur få et mer fullstendig bilde av hvordan kvantefysikk manifesterer seg i universet vårt. Spesielt vil vi få en bedre forståelse av masse, som igjen kan gi oss en bedre forståelse av tyngdekraften. Foreløpig tar ikke standardmodellen for kvantefysikk hensyn til tyngdekraften (selv om den fullstendig forklarer den andre fysikkens grunnleggende krefter ). Denne eksperimentelle veiledningen kan hjelpe teoretiske fysikere med å finpusse en teori om kvantegravitasjon som gjelder vårt univers.

Det kan til og med hjelpe fysikere å forstå den mystiske materien i universet vårt, kalt mørk materie, som ikke kan observeres unntatt gjennom gravitasjonspåvirkning. Eller, potensielt, kan en større forståelse av Higgs-feltet gi noen innsikt i den frastøtende tyngdekraften demonstrert av mørk energi som ser ut til å gjennomsyre vårt observerbare univers.