أسفر البحث الدقيق عن الانتقال النادر للغاية لبوزون هيغز عن نتائج تقدم أول دليل على عملية يمكن أن تمثل جسيمًا غير معروف.
من خلال التحقق من نتائج عدة سنوات من تصادمات البروتونات داخل كاشفين مختلفين في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ، زاد الفيزيائيون من الدقة الإحصائية لنسبة “إعطاء الكتلة” الشهيرة. جسيم يتحلل إلى فوتون و a بوزون Z.
تم مشاركة النتائج في مؤتمر الفيزياء LHC في بلغراد الأسبوع الماضي ، ما حدث كان أفضل مما كان يمكن أن يكون تعتبر كبيرة. ولكن يمكن تحسين العملية لتحسين مد وجذر الوصفات الكمية ، والمساعدة في تحديد المكان الذي قد تكمن فيه القوى الجديدة الغريبة ولبنات البناء.
أصبح جسيم هيغز محبوبًا في عالم الفيزياء في عام 2012 ، عندما تم تأكيد الدليل على وجوده أطلس (أو “جهاز LHC الحلقي”) و CMS (Compact Muon Solenoid) كاشفات في CERN.
المدخل الأخير في تلك الخريطة الكبرى للجسيمات – النموذج القياسي – لم يتم تأكيده تجريبيًا فحسب ؛ وعدت ملاحظتها بأن تكون نافذة على المناطق الخفية من عالم الكم.
في الغالب ، بمعرفة وجود جسيم هيغز والمجال المرتبط به ، نفهم الآن سبب امتلاك الجسيمات الأولية كتلة.
نظرًا لأن الطاقة والكتلة طريقتان مختلفتان لوصف الشيء نفسه ، فإن الجهد الذي يتطلبه الاحتفاظ بأجسام كبيرة ضخمة (مثل الذرات والجزيئات والفيلة) معًا يساهم بنسبة كبيرة من كتلة الجسم.
على نطاق أصغر ، يفسر الجهد الذي تتطلبه الأجسام الأولية مثل الإلكترونات أو الكواركات للتجول في حقل هيغز سبب امتلاكها لكتلة سكون ولماذا لا تمتلك الجسيمات مثل الفوتونات.
ومع ذلك ، فإن الطبيعة الجماعية للحقل ورغوته من البوزونات تجعله مرشحًا مثاليًا للبحث عن علامات الحقول الكمومية الافتراضية والجسيمات ذات الصلة ، والتي عادة لا تستطيع أن تجعل نفسها معروفة بأكثر الطرق وضوحًا.
“كل جسيم له تقارب خاص مع بوزون هيغز ، مما يجعله أولوية قصوى للبحث عن اضمحلال هيجز النادر.” هو يقول منسق الفيزياء لتجربة أطلس CERN ، باميلا فيراري.
تحلل الجسيمات يشبه موت الحمام بين ناطحات السحاب – يحدث ذلك طوال الوقت ، غالبًا بطرق مختلفة ، لكنك ستكون محظوظًا بما يكفي لالتقاط أكثر من عدد قليل من الريش كدليل على وفاته.
لحسن الحظ ، من خلال عد كل هذه “الريش” في غبار الاصطدام ، يمكن للفيزيائيين تكوين صورة لكيفية تفكك الجسيمات بطرق مختلفة والظهور سريعًا في مادة جديدة.
بعض هذه الانحرافات شائعة نسبيًا ، لكن تحول جسيم هيغز إلى فوتون والبوزون Z ، الذي يحمل القوة النووية الضعيفة قصيرة المدى ، هو حدث واحد في الألف تقريبًا. أو ، كما هو متوقع في الكتب المدرسية ، يتحلل 0.15٪ من هيجز.
لكن هذا ما يفرضه النموذج القياسي علينا أن نتوقعه. على الرغم من ثاقبة هذه النظرية العظيمة بشكل مذهل ، فإننا نعلم أنها ستفشل في مرحلة ما ، ناهيك عن الطاقة المظلمة في الفضاء أو الجاذبية التي تغير المكان والزمان.
يمكن استخدام أي اختلافات عن هذا الرقم لدعم النماذج البديلة التي تترك مساحة كافية لملاءمة الحقائق الإشكالية.
إن معرفة كيفية تحسين أفضل نموذج للفيزياء لدينا يعني اكتشاف العديد من الحالات الشاذة غير المبررة حاليًا. لا يمكننا عادة ملاحظة العمليات الدقيقة والمخلخلة مثل الحقول والجسيمات الجذابة.
“قد يكون لوجود جسيمات جديدة تأثيرات كبيرة جدًا على أنماط اضمحلال هيجز النادرة.” هو يقول Florencia Canelli ، منسق الفيزياء في كاشف CERN الآخر ، CMS.
في الوقت الحالي ، تعتبر حبيبات يونيكورن المراوغة أسطورية أكثر من أي وقت مضى. تقع النتائج حتى الآن ضمن النطاق الذي تنبأ به النموذج القياسي.
ومع ذلك ، هناك بيانات كافية فقط لمنح الفيزيائيين ثقة معتدلة بأن النتائج صحيحة. يمكن أن تكشف عمليات التشغيل الأكبر ، ربما باستخدام تقنية أفضل ، عن اختلافات صغيرة تخفي نافذة كبيرة في نظريات جديدة تمامًا.
“هذه الدراسة هي اختبار قوي للنموذج القياسي ،” هو يقول كونيلي.
“مع التشغيل الثالث الحالي للمصادم LHC والمستقبل LHC عالي اللمعانسنكون قادرين على تحسين دقة هذه التجربة وسبر أغوار هيجز النادرة للغاية “.
