Ενώ η ανακάλυψη στοιχειωδών σωματιδίων απαιτεί την τεράστια δύναμη επιτάχυνσης των σωματιδίων των Μπολσόι
Τι είναι το αξονικό μποζόνιο Higgs;
Το αξονικό μποζόνιο Higgs είναι διαφορετικό από το συνηθισμένοΤο μποζόνιο Higgs, το οποίο ανακαλύφθηκε από τους ανιχνευτές ATLAS και CMS στον LHC πριν από 10 χρόνια, το 2012. Έχει μαγνητική ροπή, μαγνητική δύναμη ή προσανατολισμό που δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Επομένως, απαιτεί μια πιο σύνθετη θεωρία για να το περιγράψει από τον μη μαγνητικό ξάδερφό του.
Παρά το το γεγονός ότι λαμβάνονται υπόψη και τα δύο σωματίδιασυγγενείς, η φύση τους είναι διαφορετική μεταξύ τους. Ενώ το μποζόνιο Higgs είναι υπεύθυνο για την παροχή της μάζας σε άλλα σωματίδια, ο μαγνητικός ξάδερφός του μπορεί να θεωρηθεί υποψήφιος για τη σκοτεινή ύλη. Ας θυμηθούμε ότι αντιπροσωπεύει το 85% της συνολικής μάζας του Σύμπαντος, αλλά εκδηλώνεται μόνο μέσω της βαρύτητας.
Πώς εμφανίστηκαν διαφορετικά μποζόνια;
Στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής, τα σωματίδια προέρχονται απόδιάφορα πεδία που διαπερνούν το σύμπαν, και μερικά από αυτά αποτελούν τις θεμελιώδεις δυνάμεις του. Για παράδειγμα, τα φωτόνια μεσολαβούν στον ηλεκτρομαγνητισμό και τα τεράστια σωματίδια γνωστά ως μποζόνια W και Z μεσολαβούν στην ασθενή πυρηνική δύναμη που διέπει την πυρηνική διάσπαση σε υποατομικό επίπεδο. Ωστόσο, όταν το σύμπαν ήταν νέο, ο ηλεκτρομαγνητισμός και η ασθενής δύναμη ήταν ένα και όλα αυτά τα σωματίδια ήταν σχεδόν πανομοιότυπα. Καθώς ψύχθηκε, η ηλεκτροασθενής δύναμη διασπάστηκε, προκαλώντας τα μποζόνια W και Z να αποκτήσουν μάζα και να συμπεριφέρονται αρκετά διαφορετικά από τα φωτόνια. Οι φυσικοί έχουν ονομάσει αυτή τη διαδικασία σπάσιμο συμμετρίας. Αλλά πώς ακριβώς αυτά τα αδύναμα-ενδιάμεσα σωματίδια έγιναν τόσο βαριά;
Αποδεικνύεται ότι αυτά τα σωματίδια αλληλεπιδρούσαν με ένα ξεχωριστό πεδίο γνωστό ως πεδίο Higgs. Οι διαταραχές σε αυτό το πεδίο προκάλεσαν το μποζόνιο Higgs και έδωσαν βάρος στα μποζόνια W και Z.
Το μποζόνιο Higgs σχηματίζεται στη φύση όποτεόταν σπάσει αυτή η συμμετρία. «Ωστόσο, συνήθως σπάει μόνο μία συμμετρία τη φορά, και έτσι το μποζόνιο Higgs περιγράφεται απλώς από την ενέργειά του», είπε ο Birch.
Η θεωρία του αξονικού μποζονίου Higgs είναι πιο περίπλοκη.Στην περίπτωση του αξονικού μποζονίου Higgs, αρκετές συμμετρίες σπάνε, οδηγώντας σε μια νέα μορφή θεωρίας και στο καθεστώς Higgs - ειδικές διακυμάνσεις σε ένα κβαντικό πεδίο παρόμοιο με το πεδίο Higgs. Για να το περιγράψουμε, απαιτούνται πολλές παράμετροι, ιδιαίτερα η ενέργεια και η μαγνητική ορμή.
Πώς βρέθηκε το νέο μποζόνιο;
Το αρχικό μποζόνιο Higgs δεν σχετίζεται άμεσα μεφως, που σημαίνει ότι εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα συγκρούσεων με άλλα σωματίδια. Το αξονικό μποζόνιο, από την άλλη πλευρά, προέκυψε όταν κβαντικά υλικά σε θερμοκρασία δωματίου μιμήθηκαν ένα συγκεκριμένο σύνολο δονήσεων που ονομάζεται αξονική λειτουργία Higgs.Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν στη συνέχεια σκέδαση φωτός για να παρατηρήσουν το σωματίδιο.
Είναι αξιοσημείωτο ότι οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα αξονικό μποζόνιοHiggs χρησιμοποιώντας ένα επιτραπέζιο οπτικό πείραμα, το οποίο πραγματοποιείται σε ένα τραπέζι διαστάσεων περίπου 1x1 μέτρο. Χρησιμοποίησαν το τριτελλουρίδιο της σπάνιας γαίας (RTe3). Είναι ένα κβαντικό υλικό με δισδιάστατη κρυσταλλική δομή. Τα ηλεκτρόνια στο RTe3 αυτο-οργανώνονται σε ένα κύμα στο οποίο η πυκνότητα φορτίου περιοδικά αυξάνεται ή μειώνεται. Το μέγεθος αυτών των κυμάτων πυκνότητας φορτίου, που εμφανίζονται πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου, μπορεί να διαμορφωθεί με την πάροδο του χρόνου, δημιουργώντας μια αξονική λειτουργία Higgs.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, το αξονικό μποζόνιο Higgs προέκυψε,όταν ένα συγκεκριμένο σύνολο κυμάτων προσομοιώθηκε σε μια κβαντική ουσία σε θερμοκρασία δωματίου. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν στη συνέχεια σκέδαση φωτός για να παρατηρήσουν αυτό το σωματίδιο.
Αρχικά, οι φυσικοί απλώς ερεύνησανΟι ιδιότητες σκέδασης φωτός του τριτελλουρίου των σπάνιων γαιών και του αξονικού μποζονίου Higgs ανακαλύφθηκαν τυχαία, λένε οι επιστήμονες σε άρθρο για το περιοδικό Nature. Ωστόσο, στη συνέχεια ανακάλυψαν ανώμαλες αλλαγές που υπονοούσαν την ύπαρξη κάτι καινούργιου.
Σε τι θα οδηγήσει το νέο πείραμα;
Οι φυσικοί έχουν ήδη προβλέψει ότι ένας τέτοιος συγγενήςΤο μποζόνιο Higgs μπορεί να υπάρχει, αλλά ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά. Τα αποτελέσματα του πειράματος δείχνουν ότι η εμφάνισή του είναι σύμφωνη με τη σύγχρονη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων. Σε αυτή την περίπτωση, ένα νέο σωματίδιο μπορεί ενδεχομένως να εξηγήσει την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης. Ωστόσο, αυτό απαιτεί μια νέα θεωρία που θα συνάδει με τα υπάρχοντα πειράματα σωματιδίων. Δυνητικά, η ανακάλυψη των επιστημόνων του Κολεγίου της Βοστώνης θα αλλάξει την επιστήμη που γνωρίζουμε.
Διαβάστε περισσότερα
Ο κβαντικός προσομοιωτής έδειξε τη διαίρεση ενός ηλεκτρονίου σε μέρη σε μονοδιάστατο χώρο
Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα ατομικό λέιζερ που μπορεί να λειτουργεί για πάντα
Δύο πλανήτες που βρέθηκαν όχι μακριά από τη Γη που μοιάζουν πολύ με τον δικό μας