כולנו מכירים ואוהבים את בוזון היגס - אשר למגינת הלב של הפיזיקאים תויג בטעות בתקשורת כ" החלקיק האל "- חלקיק תת-אטומי שנמצא לראשונה ב- Large Hadron Collider (LHC) עוד בשנת 2012. החלקיק הזה הוא חלק של שדה המחלחל לכל מרחב-זמן; זה מתקשר עם חלקיקים רבים, כמו אלקטרונים וקווארקים, ומספק לאותם חלקיקים מסה, וזה די מגניב.
אבל ההיגס שראינו היה קל להפליא. על פי מיטב הערכותינו, זה היה צריך להיות הרבה יותר כבד. זה פותח שאלה מעניינת: בטח, הבחינו בבוסון של היגס, אבל האם זה היה הבוסון היחיד של היגס? האם יש יותר מרחבים שם בחוץ שעושים את עצמם?
למרות שעדיין אין לנו שום עדויות על היגס כבד יותר, צוות חוקרים שבסיסו ב- LHC, מפץ האטומים הגדול בעולם, חופר בשאלה זו כשאנחנו מדברים. ויש דיבורים שכאשר פרוטונים מנופצים זה לזה בתוך הרוכב בצורת הטבעת, היגס חסון ואפילו חלקיקי היגס המורכבים מסוגים שונים של היגס עשויים לצאת מהמחבוא.
אם ההיגס הכבד אכן קיים, עלינו להגדיר מחדש את הבנתנו את המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים מתוך ההבנה החדשה כי יש הרבה יותר מההיגס ממה שעונה על העין. ובתוך אותם אינטראקציות מורכבות, עשוי להיות רמז לכל דבר, החל ממסת חלקיק הנייטרינו הרפאים ועד גורלו האולטימטיבי של היקום.
הכל על הבוסון
בלי הבוסון של היגס, כמעט כל הדגם הסטנדרטי מתרסק. אבל כדי לדבר על בוזון היגס, עלינו להבין תחילה כיצד מודל הסטנדרט רואה ביקום.
בתפיסה הטובה ביותר שלנו לגבי העולם התת-אטומי באמצעות מודל הסטנדרט, מה שאנחנו חושבים עליו כחלקיקים הם לא ממש חשובים. במקום זאת, ישנם שדות. שדות אלה מחלחלים ומשרים את כל המרחב והזמן. יש שדה אחד לכל סוג של חלקיק. אז יש שדה לאלקטרונים, שדה לפוטונים וכן הלאה וכן הלאה. מה שאתה חושב עליו כחלקיקים הם באמת רעידות קטנות מקומיות בשדות הספציפיים שלהם. וכאשר חלקיקים מקיימים אינטראקציה (על ידי, למשל, קופצים אחד מהשני) זה באמת התנודות בשדות שרוקדים ריקוד מאוד מסובך.
לבוסון היגס סוג מיוחד של תחום. כמו השדות האחרים, זה מחלחל לכל המרחב והזמן, והוא גם זוכה לדבר ולשחק עם השדות של כולם.
אבל לתחום של היגס ישנן שתי עבודות חשובות מאוד שלא ניתן להשיג בשום תחום אחר.
תפקידו הראשון הוא לדבר עם בוסוני W ו- Z (באמצעות שדותיהם בהתאמה), נשאי הכוח הגרעיני החלש. בשיחה עם הבוזונים האחרים האלה, היגס מסוגלים לתת להם מסה ולוודא שהם יישארו מופרדים מהפוטונים, נשאי הכוח האלקטרומגנטי. ללא התערבות פועלת בוסון היגס, כל המובילים הללו היו מתמזגים זה בזה ושני הכוחות הללו יתמזגו זה בזה.
תפקידו האחר של בוסון היגס הוא לדבר עם חלקיקים אחרים, כמו אלקטרונים; דרך השיחות הללו זה גם מעניק להם המוני. הכל מסתדר יפה, מכיוון שאין לנו דרך אחרת להסביר את המוני החלקיקים הללו.
קל וכבד
כל זה פותח בשנות השישים באמצעות סדרה של מתמטיקה מסובכת אך אלגנטית בהחלט, אבל יש רק תקלות קטנטנות אחת לתיאוריה: אין שום דרך אמיתית לחזות את המסה המדויקת של בוזון היגס. במילים אחרות, כשאתה מחפש את החלקיק (שהוא הרטט המקומי הקטן של השדה הגדול בהרבה) אצל קולט החלקיקים, אתה לא יודע בדיוק מה ואיפה אתה תמצא אותו.
בשנת 2012, הודיעו מדענים ב- LHC על גילויו של בוסון היגס, לאחר שמצאו כמה מן החלקיקים המייצגים את שדה היגס שנוצר כאשר פרוטונים נופצו זה לזה במהירות קלה. לחלקיקים האלה היה מסה של 125 גיגה-אלקטרו-וולט (GeV), או בערך שווה ערך ל -125 פרוטונים - כך שהוא די כבד אך לא ענק במיוחד.
במבט ראשון, כל זה נשמע בסדר. לפיזיקאים לא הייתה ממש תחזית נחרצת למסה של בוסון היגס, כך שזה יכול להיות מה שהוא רוצה להיות; מצאנו במקרה את המסה בטווח האנרגיה של ה- LHC. לפרוץ את המבעבע, ובואו נתחיל לחגוג.
אלא שישנן כמה תחזיות מהוססות, מהסוג של סוג של חצי לגבי המסה של בוזון היגס על סמך האופן שבו הוא מתקשר עם חלקיק נוסף, הקווארק העליון. חישובים אלה צופים כי מספרם עולה על 125 GeV. יכול להיות שהתחזיות הללו שגויות, אבל אז עלינו לחזור למתמטיקה ולגלות לאן הדברים הולכים לחציר. או חוסר ההתאמה בין תחזיות רחבות למציאות של מה שנמצא בתוך ה- LHC יכול להיות שיש יותר לסיפור הבוסון של היגס.
היגס ענק
בהחלט יכול להיות שפע שלם של בוסונים של היגס שם כבדים מכדי לראות את הדור הנוכחי שלנו עם מפקקי החלקיקים. (דבר האנרגיה ההמונית חוזר למשוואת E = mc ^ 2 המפורסמת של איינשטיין, שמראה שהאנרגיה היא מסה והמסה היא אנרגיה. ככל שמסת החלקיקים גבוהה יותר, יש לה יותר אנרגיה וכמה שנדרש יותר אנרגיה כדי ליצור אותה חסון דבר.)
למעשה, כמה תיאוריות ספקולטיביות הדוחקות את הידע שלנו בפיזיקה אל מעבר למודל הסטנדרטי, מנבא את קיומם של בוזונים כבדים של היגס. אופים המדויק של דמויות נוספות של היגס תלויות כמובן בתיאוריה, החל מכל פשוט או שדה אחד או שניים כבדים במיוחד של היגס, ואפילו מבנים מורכבים העשויים מסוגים שונים של בוזונים של היגס הדבוקים זה לזה.
תיאורטיקנים עובדים קשה במאמץ למצוא דרך אפשרית לבחון את התיאוריות הללו, מכיוון שרובם פשוט אינם נגישים לניסויים הנוכחיים. במאמר שפורסם לאחרונה לכתב העת לפיזיקה של אנרגיה גבוהה ופורסם באופן מקוון בכתב העת המקדים arXiv, צוות פיזיקאים קידם הצעה לחפש קיומם של עוד בוסונים של היגס, על סמך האופן המוזר בו עלולים החלקיקים להתפרק חלקיקים קלים יותר וזוהים יותר, כגון אלקטרונים, נייטרינים ופוטונים. עם זאת, ריקבונות אלה הם נדירים ביותר, כך שבעוד שאנו יכולים למצוא אותם באופן עקרוני עם ה- LHC, ייקח עוד שנים רבות של חיפוש כדי לאסוף מספיק נתונים.
כשמדובר בהיגס הכבד, אנחנו פשוט נצטרך להיות סבלניים.
