Hvordan ser Higgs boson ud?

I juli 2012, hele verden stod ansigt til ansigt med Higgs -bosonen:en gnistrende, lidt lys, der dansede på tværs af vores skærme som Tinker Bell. Vente, Det er ikke rigtigt.

Mens fysikere sprang af glæde for at "se" Higgs -bosonen - den undvigende partikel, der sammensætter Higgs -feltet, som gør det muligt for partikler at få masse - sandheden er, at de faktisk så en hel masse tal, grafer og generelle data, der fortalte dem, at Higgs -bosonen blev opdaget. Og selv at sige, at det blev "opdaget" fortjener en forklaring.

Som rapporteret, de indsamlede data var på 5-sigma niveauer af sikkerhed. Du har måske hørt, at "5-sigma" angav, at der var en ud af 3,5 millioner chancer for, at den berømte boson ikke fandtes. Men ikke så hurtigt. Som med mange fysiske nyheder, det er mere kompliceret end det. Fem-sigma-konfidensniveauet betød faktisk, at der var en ud af 3,5 millioner chancer for, at selvom der ikke fandtes en Higgs-partikel, CERN -personale ville have set de samme resultater. Med andre ord, der er en ud af 3,5 millioner chance for, at et forsøg med at finde Higgs ville komme med resultater, der syntes at bekræfte det, selvom der ikke fandtes en sådan partikel.

Så hvis forskere ved CERN (European Organization for Nuclear Research) ikke forventede at se noget, der lignede en rekvisit i en sceneproduktion af "Peter Pan, "hvad ledte de efter? I lang tid, fysikere var forundret over, at partikler som elektroner og kvarker havde masse. De beskæmmede ikke de små fyre, der udgør atomer og molekyler; det var bare, at deres matematiske fremstillinger af et symmetrisk univers ikke rigtig virkede, medmindre partiklerne var masseløse [kilde:Greene].

Peter Higgs og nogle af hans medfysikere havde en idé. I stedet for at forsøge at finde ud af, hvordan alle disse ligninger kunne ændres og designes til at arbejde med massefyldte partikler, hvorfor ikke beholde matematikken og tilføje antagelsen om, at partiklerne arbejder i et felt, der udøver et træk på dem? Hvis det var tilfældet, vi kan finde et stof i dette "felt", der tilføjer masse til en partikel ved at skabe modstand. Forestil dig en flue, der summer gennem luften; det zipper fint, indtil det støder på en stærk modvind. Pludselig, vores hurtige, lille flue føles ret tung. Så ville det være med vores partikler, når de slog gennem Higgs -feltet.

Selvfølgelig, fysikere ledte ikke ligefrem efter en slags universel ahornsirup, som vi alle havde svømmet i uden at lægge mærke til det. De søgte snarere efter partikler, der kunne udgøre et Higgs -felt, og de troede, at deres søgning kunne lykkes, hvis de bare kunne genskabe forholdene lige efter Big Bang. Under disse forhold, vi kan se, hvordan ting som kvarker og leptoner fløj rundt, og hvis noget som Higgs -bosonen også blev skabt for at levere den masse, der gør det muligt for dem at klumpe sig ind i sammensatte partikler som protoner [kilde:STFC].

Large Hadron Collider er som en NASCAR -bane for sværme af racerprotoner (og nogle tunge ioner, også). Disse protoner glider i modsatte retninger omkring den næsten 27 kilometer lange cirkel og løber ind i hinanden millioner af gange i sekundet [kilde:Greene]. Når de støder sammen, sammensatte partikler sprøjter ud i deres mindre dele - kvarker og leptoner. Den energi, der er skabt, kan give os mulighed for virkelig at se, virkelig tunge partikler skabt ved kollisionen.

Her begynder vi at "se" ting som Higgs boson. Detektorerne i LHC måler energien og ladningen af ​​partiklerne, som fyrværkeri ud fra protonkollisionerne. Detektorerne er ingen krympende violer - den største ved LHC er 25 meter høj og lige bred. De skal være så store, fordi gigantiske magneter bruges til at kurve partiklernes vej

Hvis vi kurver partiklernes vej inden for et magnetfelt, vi kan se, hvordan de reagerer forskelligt - nogle med virkelig højt momentum vil stadig gå i en lige linje, dem med lavere momentum vil spire tæt [kilde:CERN]. Så momentum er et nyttigt stykke information, som forskere og fysikere kan studere, når de undrer sig over en bestemt partikels identitet.

Sporingsenheder i detektorer er praktisk, også. En sporingsenhed registrerer elektroniske signaler, som partikler efterlader, når de suser gennem detektoren, hvilket igen gør det muligt for en computer at lave en grafisk fremstilling af partikelens vej.

Kalorimetre i detektorerne hjælper også med identifikation. Et kalorimeter måler den energi partiklen mister efter kollisionen, og det absorberer partiklerne i detektoren. Fysikere kan derefter undersøge strålingen fra partiklerne, som hjælper dem med at bestemme nogle mere unikke identifikatorer for specifikke partikler [kilde:CERN].

Så hvordan ser Higgs boson ud? Godt, hader at skuffe, men hele pointen er, at vi ikke kan se det. Det er en lille partikel, mand. Vær ikke skør. Det vi ser i stedet er, godt, grafer. Og data. Alle de støjende data, der beskriver partikelsti, energi, henfaldsprodukter og mere blev fejet op i detektorerne og syntetiseret til kulde, hårde tal. Disse tal angav, at der fandt sted et "overskud af begivenheder", der indikerede Higgs -eksistensen [kilde:CERN].

Bliv nu ikke for skuffet. De søde mennesker på CERN ved, hvad vi vil:smukke billeder, der viser en repræsentation af Higgs boson. Hvis du vil se en grafisk simulering af kollisionerne, tjek CERN -webstedet for nogle (meget tilfredsstillende) fremstillinger af, hvordan Higgs "ser ud" i aktion [kilde:CERN].

Masser mere information

Forfatterens note:Hvordan ser Higgs -bosonen ud?

Når man forestiller sig Higgs, Jeg synes, det er rimeligt at sige, at jeg stort set forestiller mig en dråbe ahornsirup, der udgør det sirupagtige Higgs -felt. Det er ikke præcist, men det får mig til at tænke meget over, at partikelfysik spiser morgenmad hver weekend.

relaterede artikler

• Hvad er Higgs boson egentlig?
• Kan supersymmetri og multiverset begge være sande samtidigt?
• Hvad ser partikelfysikere, når der sker kollisioner?
• Kan LHC bevise strengteori?
• 5 opdagelser foretaget af den store Hadron Collider (indtil videre)

Kilder

• ATLAS -eksperiment. "Seneste resultater fra ATLAS Higgs -søgning." CERN. 4. juli kl. 2012. (14. juli, 2014) http://www.atlas.ch/news/2012/latest-results-from-higgs-search.html
• European Organization for Nuclear Research (CERN). "Tryk på Office Photo Selection." (14. juli kl. 2014) http://cds.cern.ch/search?cc=Press+Office+Photo+Selection&rg=100&of=hpm&p=internalnote%3A%22Higgs%22&sf=year&so=d
• European Organization for Nuclear Research (CERN). "Standardmodellen." 2014. (14. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/physics/standard-model
• Fermilab. "Ofte stillede spørgsmål om Higgs -bosonen." Fermi National Accelerator Laboratory. (14. juli kl. 2014) https://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/2012/files/Higgs_Boson_FAQ_July2012.pdf
• Greene, Brian. "Sådan blev Higgs -bosonen fundet." Smithsonian Magazine. Juli 2013. (14. juli, 2014) http://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-the-higgs-boson-was-found-4723520/?all
• Heilprin, John. "Nu sikker:CERN -fysikere siger, at ny partikel er Higgs boson." Phys.Org. 14. marts 2013. (14. juli, 2014) http://phys.org/news/2013-03-confident-cern-physicists-higgs-boson.html
• Lam, Evelyn. "5 Sigma - hvad er det?" Videnskabelig amerikansk. 17. juli kl. 2012. (14. juli, 2014) http://blogs.scientificamerican.com/observations/2012/07/17/five-sigmawhats-that/
• Lys på, Alice. "Hvordan ser en Higgs boson ud?" Kablet. 4. juli kl. 2012. (14. juli, 2014) http://www.wired.co.uk/news/archive/2012-07/04/higgs-boson-appearance
• O'Luanaigh, Cian. "Det grundlæggende i Higgs -bosonen." CERN. 22. maj kl. 2014. (14. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/05/basics-higgs-boson
• Science &Technology Facilities Council. "Stor Hadron Collider." Forskningsråd UK. (14. juli kl. 2014) http://www.stfc.ac.uk/646.aspx
• Spiegelhalter, David. "Forklarer 5-sigma for Higgs." Forståelse Usikkerhed. Org. 7. august, 2012. (14. juli, 2014)
• Taylor, Lucas. "Om Higgs Boson." CERN. 22. november kl. 2011. (14. juli, 2014) http://cms.web.cern.ch/news/about-higgs-boson
• Wilkins, Alasdair. "Den ultimative feltguide til subatomære partikler." I09.com. 16. september kl. 2010. (14. juli, 2014) http://io9.com/5639192/the-ultimate-field-guide-to-subatomic-particles