Har LHC fundet nogen praktisk anvendelse til Higgs boson?

I juli 2012, meddelelsen kom, at Large Hadron Collider havde fundet beviser for Higgs -bosonen. Forskere glædede sig. Forskere klappede. Fysikere græd. Hardcore -fans af LHC græd, også, men alle andre stod mest omkring kaffemaskinen på arbejdet og sagde:"Så, vi kan rejse gennem tiden nu, ret?"

Fra bare et glimt af den åndeløse mediedækning og billederne af fysikere i Schweiz, der popper champagne, lægmanden kunne let finde ud af, at det var en stor aftale at finde Higgs. Men hvad Big Deal egentlig havde med vores Little Lives at gøre, var lidt vanskeligere at svare på. Præcis hvad betyder det, fra praktisk forstand?

Først, lad os etablere en lille baggrund om Large Hadron Collider (LHC) og eksperimenterne generelt, som blev gennemført hos Den Europæiske Organisation for Kernforskning. (Vi identificerer det ved forkortelsen CERN, hvilket ærligt giver mening, hvis du går efter det gamle navn på organisationen og taler fransk.) Kort sagt, LHC accelererer protoner til næsten lysets hastighed og styrter dem derefter sammen. Kollisionen skaber ikke et Big Bang, men en Teeny Tiny Bang - en ekstremt lille version af, hvordan det var sekunder efter, at universet begyndte.

I de øjeblikke lige efter at protonerne smadrede sammen, de hopper ikke bare af hinanden. Energien fra den resulterende eksplosion giver os mulighed for at se meget tungere partikler. De er ekstremt flygtige, og de henfalder til stadig andre partikler i mikrosekunder. Men det er de meget små stykker affald, der kan begynde at besvare store store fysiske spørgsmål. Higgs boson er en sådan partikel, og det fik forskere på knæ.

Higgs -bosonen "forklarer" ikke fysik, det er heller ikke nøglen til at forstå universet. Hvis fysikken var et gigantisk puslespil, at finde Higgs kan hjælpe os med at fastslå, at der er et billede af en båd i puslespillet - men det passer stadig ikke alle brikkerne sammen, eller lad os endda vide, om båden er emnet, eller hvor mange stykker der er. Måske virker det lidt antiklimaktisk for noget, der lejlighedsvis kaldes "Guds partikel, "som kan forklare, hvorfor fysikere hører udtrykket og griner. Higgs er måske den vigtigste fysiske opdagelse i vores generation, men det betyder ikke, at vi har fundet ud af, hvorfor vi er her, eller hvad der har ansvaret.

Men nok om hvad Higgs ikke er. Lad os komme ind på de fede ting, som Higgs fortæller os, før vi går ind på de praktiske "anvendelser", der kan komme fra dens opdagelse.

Det mest oplagte svar på, hvad Higgs hidtil har gjort for os, er, at det giver bevis for, at Higgs -feltet eksisterer. Og før du rynker panden, klag bittert over det svar, og inviter os til at deltage i din tautologiklub, hør os. Fysikere havde længe kæmpet for at forklare, hvorfor deres ligninger kun gav mening, hvis visse partikler ikke havde masse - når, faktisk, de pågældende partikler havde en observerbar masse.

Deres teori var, at Higgs -feltet eksisterede:en suppe af Higgs -bosoner, der gav masse til elementarpartikler. Det er ikke sådan, at bosonerne fodrede partiklerne med masser af stivelse og fedt; det var, at selve feltet - som fuldstændig gennemsyrer universet - fik partiklerne til at bevæge sig langsommere, giver dem mulighed for at klumpe sig sammen og skabe stof. Tænk på en marmor, der pisker hurtigt rundt om en vippet kageform. Kom et tykt lag mel i gryden, og pludselig arbejder marmoren gennem kornene, som det går.

Du kan måske se, hvorfor denne løsning var tiltalende. De smukke ligninger behøvede ikke at ændre sig, fordi partiklerne stadig kunne være masseløse, mens de også erkendte, at de gjorde det, faktisk, få masse på en eller anden måde.

Her kom teorien og eksperimentet sammen. Ved at skille protonerne fra hinanden for at studere en Big Bang-lignende begivenhed, forskere var i stand til at finde en partikel, der virkede meget som de forudsagde, at Higgs skulle. Med andre ord, i en periode kunne vi kun generøst kalde et splitsekund, fysikere kunne se lidt af snavs fra eksplosionen efter en bestemt vej, der indikerede, at dens adfærd var forskellig fra de kendte partikler. Det havde et masse- og forfaldsmønster, der fik det til at skille sig ud i en række mulige Higgs -mistænkte.

Som vi sagde tidligere, at finde Higgs -bosonen betød primært, at vi nu havde beviser for Higgs -feltet. (Trods alt, du skal have mindst et sandkorn for at bevise, at der findes en strand.) Og at bevise, at Higgs -feltet findes, var et stort skridt til at forklare, hvordan universet får masse.

Selvom det er vigtigt at huske, at Higgs kun giver masse til elementarpartikler som elektroner og kvarker, det betyder ikke, at det er det samme for dig og mig [kilde:CERN]. Kernen i sagen er denne:Uden eksistensen af ​​Higgs, universet ville ikke være i stand til at danne atomer og molekyler. I stedet, elektroner og kvarker ville simpelthen blinke forbi med lysets hastighed, som fotoner. De ville aldrig være i stand til at danne nogen form for sammensat materiale. Så universet ville være masseløst. Vi ville ikke eksistere, og heller ikke noget i nogen form, vi genkender.

At finde Higgs går også langt med at forklare, hvorfor Standardmodellen - den fremmeste teori om fysik, som beskriver de mindste stykker i universet - er korrekt. Hver partikel forudsagt i standardmodellen var fundet, minus Higgs. Så, at opdage Higgs går langt for at bekræfte, at teorien er på rette vej.

Men, kan du huske, hvad vi sagde om kun at have en idé om emnet i vores puslespil? Når vi fuldender standardmodellen, kan vi muligvis passe flere brikker i puslespillet sammen, men det betyder ikke at færdiggøre selve puslespillet. Det er fordi Standardmodellen ikke giver os nogen beskrivelse af tyngdekraften, den svarer heller ikke på nogen af ​​vores spørgsmål om mørkt stof og mørk energi - og dem tegner sig for hele 96 procent af vores univers [kilde:Jha]. Så simpelthen at sige, at vi har fundet ud af, at Higgs eksisterer - hvilket bekræfter standardmodellen - giver os egentlig ikke meget mere end en hel masse nye ideer om, hvad der findes ud over det.

Værre endnu, en af ​​disse ideer - supersymmetri - er hurtigt ved at løbe tør for damp, på grund af Higgs -opdagelsen. Supersymmetri siger, at hver grundpartikel har en superpartner, der forener kraft og stof og måske endda er grundlaget for mørkt stof eller energi. Desværre, LHC finder ikke disse superpartnere, når forudsigelserne indikerer, at det burde være i stand til at opdage dem [kilde:Jha]. Så en praktisk "brug" af Higgs er, at det bare kan få forskere til at gentænke teorier, der går ud over standardmodellen.

Men du må ikke føle, at du er formuens fjols endnu. Huske på, at, tilbage da elektromagnetiske bølger først blev opdaget i det 19. århundrede, vi vidste ikke, at de i sidste ende ville hjælpe os med at lytte til baseballkampen, nuke en frossen burrito eller lad os stirre på vores iPhones hele dagen. Selvom opdagelsen af ​​Higgs muligvis endnu ikke har nogen synlige applikationer, de kan bare være en "Eureka!" væk.

Masser mere information

Forfatterens note:Har LHC fundet nogen praktisk anvendelse til Higgs boson?

Jeg vil gerne tro, at opdagelsen af ​​Higgs virkelig gør mere end bare at bekræfte standardmodellen. Det ville være fedt, hvis vi fandt en måde for Higgs at, sige, tilføj masse til andre ting, vi synes har brug for noget bulk. Ligesom for tynde marinara-saucer. Alt er muligt!

Relaterede artikler:

• Hvad er Higgs boson egentlig?
• Sådan fungerer Large Hadron Collider
• Sådan fungerer Big Bang -teorien
• Sådan fungerer sorte huller
• 5 opdagelser foretaget af den store Hadron Collider (indtil videre)

Kilder:

• Allain, Rhett. "Hvad kan vi gøre med Higgs -bosonen?" Kablet. 4. juli kl. 2012. (21. juli, 2014) http://www.wired.com/2012/07/what-can-we-do-with-the-higgs-boson/
• Carroll, Sean. "Teknologiske anvendelser af Higgs -bosonen." Uhyggeligt univers. 20. marts 2012. (21. juli, 2014) http://www.preposterousuniverse.com/blog/2012/03/20/technological-applications-of-the-higgs-boson/
• CERN. "Higgs Boson." 2014. (21. juli, 2014) http://press.web.cern.ch/backgrounders/higgs-boson
• CERN. "CERN og Higgs boson." 2014. (21. juli, 2014) http://press.web.cern.ch/sites/press.web.cern.ch/files/factsheet-_cern_and_the_higgs_boson.pdf
• Jha, Alok. "Et år fra Higgs bosonfundet, har fysikken ramt bufferne? "The Guardian. 6. august, 2013. (21. juli, 2014) http://www.theguardian.com/science/2013/aug/06/higgs-boson-physics-hits-buffers-discovery
• Lincoln, Don. "Higgs -bosonen eller en Higgs -boson?" PBS. 15. marts, 2013. (21. juli, 2014) http://www.pbs.org/wgbh/nova/next/physics/higgs-boson-discovered/
• Mann, Adam. "Higgs boson får Nobelpris, men fysikerne ved stadig ikke, hvad det betyder. "Wired. 8. oktober, 2013. (21. juli, 2014) http://www.wired.com/2013/10/higgs-nobel-physics/
• NASA. "Det elektromagnetiske spektrum." 27. marts 2007. (21. juli, 2014) http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/waves3.html
• Sherriff, Lucy. "Higgs -bosonen." ZDNet. 9. juli kl. 2012. (21. juli, 2014) http://www.zdnet.com/the-higgs-boson-why-should-we-care-7000000462/
• St. John, Allen. "Higgs Boson." Forbes. 9. juli kl. 2012. (21. juli, 2014) http://www.forbes.com/sites/allenstjohn/2012/07/09/the-higgs-boson-what-you-should-know-about-what-it-is-and-what-it- gør/
• Partikeleventyret. "Hvis der ikke var nogen Higgs." Lawrence Berkeley National Laboratory. (21. juli, kl. 2014) http://www.particleadventure.org/if-there-was-no-higgs.html