ما هو بوزون هيجز ، ولماذا هو مهم جدًا؟

هيجز رئيس

بوزون هيغز ، إن لم يكن هناك شيء آخر ، هو أغلى جسيم في كل العصور. إنها مقارنة غير عادلة إلى حد ما. يتطلب اكتشاف الإلكترون ، على سبيل المثال ، أكثر قليلاً من أنبوب مفرغ وبعض العبقرية الحقيقية ، بينما تطلب العثور على بوزون هيغز إنشاء طاقات تجريبية نادرًا ما تُرى من قبل على كوكب الأرض. لا يحتاج مصادم الهدرونات الكبير إلى أي مقدمة ، فهو أحد أشهر التجارب العلمية وأكثرها نجاحًا في كل العصور ، لكن هوية الجسيم المستهدف الأساسي لا تزال محاطًا بالغموض بالنسبة للكثير من الجمهور. لقد أطلق عليه اسم جسيم الله ، ولكن بفضل جهود آلاف العلماء حرفيًا ، لم يعد علينا اعتبار وجوده على أساس الإيمان.

لماذا كانت عائلة هيغز موضوع الكثير من الضجيج والتمويل والمعلومات (الخاطئة)؟ لسببين. أولًا ، كان هذا آخر جسيم يبقى مخفيًا أثناء السعي للتحقق من دقة النموذج القياسي للفيزياء. هذا يعني أن اكتشافه سيثبت صحة أكثر من جيل من النشر العلمي. ثانيًا ، هيغز هو الجسيم الذي يعطي الجسيمات الأخرى كتلتها ، مما يجعلها ذات أهمية مركزية ويبدو أنها سحرية. نميل إلى التفكير في الكتلة على أنها خاصية جوهرية لكل الأشياء ، ومع ذلك يعتقد الفيزيائيون أنه بدون بوزون هيغز ، لا توجد الكتلة أساسًا.



ادعى البعض أن هومر سيمبسون تنبأ بوزون هيغز عبر مات جرونينج

ادعى البعض أن هومر سيمبسون تنبأ بوزون هيغز عبر ميل مات جرونينج لإخفاء فيزياء موثوقة للغاية في عائلة سمبسون.



يعود السبب إلى شيء يسمى حقل هيغز. تم وضع نظرية هذا المجال بالفعل قبل بوزون هيغز نفسه ، حيث حسب علماء الفيزياء أنه من أجل أن تندرج نظرياتهم وملاحظاتهم ، كان من الضروري تخيل مجال جديد موجود في كل مكان في الكون. إن دعم النظريات الحالية من خلال اختراع مكونات نظرية جديدة للكون أمر خطير ، وفي الماضي دفع الفيزيائيين إلى افتراض وجود أثير عالمي - ولكن كلما زاد عدد الرياضيات التي قاموا بها ، كلما أدركوا أن مجال هيغز يجب أن يكون حقيقيًا. المشكلة الوحيدة؟ بالطريقة ذاتها التي عرّفوا بها حقل هيغز ، سيكون من المستحيل فعليًا رصده.

كان يُعتقد أن مجال هيغز مسؤول عن حقيقة أن بعض الجسيمات التي لا ينبغي أن يكون لها كتلة ، لها تأثير. إنه ، بمعنى ما ، الوسيط العالمي الذي يفصل الجسيمات عديمة الكتلة إلى كتل مختلفة. يسمى هذا كسر التناظر ، وغالبًا ما يتم تفسيره عن طريق القياس مع الضوء - تنتقل جميع الأطوال الموجية للضوء بنفس السرعة في وسط الفراغ ، ولكن في وسط المنشور ، يمكن فصل كل طول موجي عن اللون الأبيض المتجانس الضوء في نطاقات ذات أطوال موجية مختلفة. هذا بالطبع تشبيه خاطئ ، نظرًا لأن الأطوال الموجية للضوء موجودة جميعها في الضوء الأبيض سواء كنا قادرين على رؤية هذه الحقيقة أم لا ، لكن المثال يوضح كيف يُعتقد أن مجال هيجز يخلق كتلة من خلال كسر التناظر. يكسر المنشور تناسق السرعة لأطوال موجية مختلفة من الضوء ، وبالتالي يفصل بينها ، ويُعتقد أن مجال هيغز يكسر تناسق الكتلة لبعض الجسيمات التي تكون عديمة الكتلة بشكل متماثل.



(أ) فم مصادم هادرون الكبير.

(أ) فم مصادم هادرون الكبير.

لم يدرك الفيزيائيون إلا في وقت لاحق أنه إذا كان مجال هيغز موجودًا ، فإن عمله سيتطلب وجود جسيم حامل مناظر ، وخصائص هذا الجسيم الافتراضي قد تجعلنا قادرين على ملاحظته. كان يُعتقد أن هذا الجسيم ينتمي إلى فئة تسمى البوزونات. أبقوا الأمور بسيطة ، أطلقوا على البوزون الذي يتماشى مع حقل هيغز بوزون هيغز. وهو ما يسمى بـ 'حاملة القوة' لحقل هيغز ، تمامًا كما أن الفوتونات هي حاملة القوة للمجال الكهرومغناطيسي للكون ؛ الفوتونات هي ، بمعنى ما ، إثارة محلية للمجال الكهرومغناطيسي ، وبنفس المعنى فإن بوزون هيغز هو إثارة محلية لحقل هيغز. إن إثبات وجود الجسيم ، مع الخصائص المتوقعة للفيزيائيين بناءً على فهمهم للمجال ، كان فعليًا نفس إثبات وجود المجال مباشرة.

أدخل ، بعد سنوات عديدة من التخطيط ، مصادم الهادرونات الكبير (LHC) ، وهي تجربة ضخمة بما يكفي لتزوير نظرية بوزون هيغز. يمكن للحلقة التي يبلغ طولها 17 ميلًا من المغناطيسات الكهربائية فائقة الطاقة تسريع الجسيمات المشحونة إلى أجزاء كبيرة من سرعة الضوء ، مما يتسبب في حدوث تصادمات عنيفة بما يكفي لتقسيم هذه الجسيمات إلى مكونات أساسية ، وتشويه الفضاء حول نقطة التأثير. مع طاقة تصادم عالية بما فيه الكفاية ، تم حساب أن العلماء يمكنهم أساسًا شحن بوزون هيغز بشكل فائق ، ودفعه إلى حالة طاقة حيث يتحلل بطرق يمكننا يستطيع رصد. كانت هذه الطاقات هائلة لدرجة أن البعض أصيب بالذعر وقالوا إن مصادم الهادرونات الكبير سيدمر العالم ، بينما ذهب آخرون إلى حد وصف ملاحظة هيغز باعتبارها نظرة خاطفة على بُعد بديل.



كما ترون من هذا الرسم البياني لتكوين الكون ، فإن فهم المادة المظلمة والطاقة المظلمة أمر أساسي لفهم كوننا.

كما ترون من هذا الرسم البياني لتكوين الكون ، فإن فهم المادة المظلمة والطاقة المظلمة سيكونان أساسيين لفهم كوننا.

يبدو أن الملاحظات الأولية في الواقع تزوير تنبؤات ، ولم يتم العثور على أي علامة على Higgs - مما دفع بعض الباحثين الذين قاموا بحملة من أجل إنفاق مليارات الدولارات على التلفاز وجعلوا بخنوع حجة حقيقية ولكن غير مرضية بأن تزوير نظرية علمية لا تقل أهمية عن التأكيد عليه. ومع ذلك ، مع مزيد من الوقت ، بدأت القياسات في الزيادة ، وفي 14 مارس 2013 ، CERN يعلن رسميا تأكيد بوزون هيغز. حتى أن هناك بعض الأدلة التي تشير إلى وجودمضاعفبوزونات هيغز ، لكن هذه الفكرة تحتاج إلى مزيد من الدراسة المهمة.

إذن ما هي الخطوة التالية لجسيم الله؟ حسنًا ، تمت إعادة فتح LHC مؤخرًا مع ترقيات كبيرة، ولديه عين للنظر في كل شيء من المادة المضادة إلى الطاقة المظلمة. يُعتقد أن المادة المظلمة تتفاعل مع المادة العادية فقط من خلال وسيط الجاذبية - ومن خلال تكوين كتلة ، يمكن أن يكون بوزون هيغز حاسمًا لفهم كيف بالضبط. يتمثل الفشل الرئيسي للنموذج القياسي في أنه لا يمكن تفسير الجاذبية - والتي يمكن أن تسمى النظرية الموحدة الكبرى - ويفترض البعض أن جسيم / مجال هيغز يمكن أن يكون الجسر الذي يرغب فيه علماء الفيزياء بشدة.

على أي حال ، تم تأكيد وجود Higgs فقط ؛ لم يتم فهمه بعد. هل ستؤكد التجارب المستقبلية التناظر الفائق ، وفكرة أن بوزون هيجز يمكن أن يتحلل المادة المظلمة نفسها؟ أم أنهم سيؤكدون كل تنبؤ ضئيل للنموذج القياسي حول خصائص بوزون هيغز ، ومن المفارقات ، إنهاء مجال الدراسة بأكمله مرة واحدة وإلى الأبد؟

تحقق من سلسلة 2007es.com Explains الخاصة بنا لمزيد من التغطية المتعمقة.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com