მარტივი სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჰიგსის ბოზონი არის ყველა დროის ყველაზე ძვირადღირებული ნაწილაკი. თუ, მაგალითად, ვაკუუმის მილი და რამდენიმე ბრწყინვალე გონება საკმარისი იყო ელექტრონის აღმოსაჩენად, ჰიგსის ბოზონის ძიება მოითხოვდა ექსპერიმენტული ენერგიის შექმნას, რომელიც იშვიათად გვხვდება დედამიწაზე. დიდ ადრონულ კოლაიდერს შესავალი არ სჭირდება, ის არის ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი და წარმატებული სამეცნიერო ექსპერიმენტი, მაგრამ მისი პროფილის ნაწილაკი, როგორც ადრე, მოსახლეობის უმეტესობისთვის საიდუმლოებით არის მოცული. მას ღმერთის ნაწილაკი ეწოდა, თუმცა, ფაქტიურად ათასობით მეცნიერის ძალისხმევის წყალობით, ჩვენ აღარ უნდა მივიღოთ მისი არსებობა რწმენაზე.
ბოლო უცნობია
რა არის ჰიგსის ბოზონი და რა მნიშვნელობა აქვს მის აღმოჩენას? რატომ გახდა ეს ამდენი აჟიოტაჟის, დაფინანსების და დეზინფორმაციის საგანი? ორი მიზეზის გამო. პირველი, ეს იყო უკანასკნელი აღმოუჩენელი ნაწილაკი, რომელიც საჭირო იყო ფიზიკის სტანდარტული მოდელის დასადასტურებლად. მისი აღმოჩენა ნიშნავდა, რომ სამეცნიერო პუბლიკაციების მთელი თაობა უშედეგო არ ყოფილა. მეორეც, ეს ბოზონი სხვა ნაწილაკებს აძლევს მათ მასას, რაც მას განსაკუთრებულ მნიშვნელობას და გარკვეულ „მაგიას“ანიჭებს. ჩვენ მიდრეკილნი ვართ ვიფიქროთმასა, როგორც ნივთების შინაგანი თვისება, მაგრამ ფიზიკოსები სხვაგვარად ფიქრობენ. მარტივი სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჰიგსის ბოზონი არის ნაწილაკი, რომლის გარეშეც მასა პრინციპში არ არსებობს.
კიდევ ერთი ველი
მიზეზი მდგომარეობს ჰიგსის ე.წ. იგი აღწერილი იყო ჰიგსის ბოზონამდეც კი, რადგან ფიზიკოსებმა ის გამოთვალეს საკუთარი თეორიებისა და დაკვირვებების საჭიროებისთვის, რაც მოითხოვდა ახალი ველის არსებობას, რომლის მოქმედებაც მთელ სამყაროზე გავრცელდებოდა. ჰიპოთეზების განმტკიცება სამყაროს ახალი კომპონენტების გამოგონებით საშიშია. წარსულში, მაგალითად, ამან გამოიწვია ეთერის თეორიის შექმნა. მაგრამ რაც უფრო მეტი მათემატიკური გამოთვლები ხდებოდა, მით უფრო მეტ ფიზიკოსებს ესმოდათ, რომ ჰიგსის ველი რეალობაში უნდა არსებობდეს. ერთადერთი პრობლემა იყო მასზე დაკვირვების პრაქტიკული საშუალებების ნაკლებობა.
ფიზიკის სტანდარტულ მოდელში, ელემენტარული ნაწილაკები იძენენ მასას მექანიზმის მეშვეობით, რომელიც დაფუძნებულია ჰიგსის ველის არსებობაზე, რომელიც გადის მთელ სივრცეს. ის ქმნის ჰიგსის ბოზონებს, რომლებიც დიდ ენერგიას მოითხოვს და ეს არის მთავარი მიზეზი, რის გამოც მეცნიერებს სჭირდებათ თანამედროვე ნაწილაკების ამაჩქარებლები მაღალი ენერგიის ექსპერიმენტების ჩასატარებლად.
საიდან მოდის მასა?
სუსტი ბირთვული ურთიერთქმედების სიძლიერე სწრაფად მცირდება მანძილის მატებასთან ერთად. ველის კვანტური თეორიის თანახმად, ეს ნიშნავს, რომ ნაწილაკებს, რომლებიც მონაწილეობენ მის შექმნაში - W- და Z- ბოზონები - უნდა ჰქონდეთ მასა, განსხვავებით გლუონებისა და ფოტონებისგან, რომლებსაც მასა არ აქვთ.
პრობლემა იმაში მდგომარეობს, რომ ლიანდაგის თეორიები ეხება მხოლოდ უმასურ ელემენტებს. თუ ლიანდაგის ბოზონებს აქვთ მასა, მაშინ ასეთი ჰიპოთეზა არ შეიძლება გონივრულად განისაზღვროს. ჰიგსის მექანიზმი თავიდან აიცილებს ამ პრობლემას ახალი ველის შემოღებით, რომელსაც ჰიგსის ველი ეწოდება. მაღალი ენერგიების დროს ლიანდაგ ბოზონებს არ აქვთ მასა და ჰიპოთეზა მუშაობს ისე, როგორც მოსალოდნელია. დაბალი ენერგიების დროს ველი იწვევს სიმეტრიის დარღვევას, რაც ელემენტებს საშუალებას აძლევს ჰქონდეთ მასა.
რა არის ჰიგსის ბოზონი?
ჰიგსის ველი წარმოქმნის ნაწილაკებს, რომლებსაც ჰიგსის ბოზონები ჰქვია. მათი მასა თეორიით არ არის დაზუსტებული, მაგრამ ექსპერიმენტის შედეგად დადგინდა, რომ ის უდრის 125 გევ. მარტივი სიტყვებით, ჰიგსის ბოზონმა საბოლოოდ დაადასტურა სტანდარტული მოდელი თავისი არსებობით.
მექანიზმი, ველი და ბოზონი ატარებს შოტლანდიელი მეცნიერის პიტერ ჰიგსის სახელს. მართალია ის არ იყო პირველი, ვინც შემოგვთავაზა ეს ცნებები, მაგრამ, როგორც ეს ხშირად ხდება ფიზიკაში, ის უბრალოდ იყო ის, ვისი სახელიც დაარქვეს.
გატეხილი სიმეტრია
ითვლებოდა, რომ ჰიგსის ველი იყო პასუხისმგებელი იმ ფაქტზე, რომ ნაწილაკებს, რომლებსაც მასა არ უნდა ჰქონოდათ, პასუხისმგებელი იყო. ეს არის უნივერსალური საშუალება, რომელიც ანიჭებს უმასურ ნაწილაკებს სხვადასხვა მასით. სიმეტრიის ასეთი დარღვევა აიხსნება სინათლის ანალოგიით - ყველა ტალღის სიგრძე ვაკუუმში ერთი და იგივე სიჩქარით მოძრაობს, ხოლო პრიზმაში თითოეული ტალღის სიგრძის გარჩევა შესაძლებელია. ეს, რა თქმა უნდა, არასწორი ანალოგია, რადგან თეთრი სინათლე შეიცავს ყველა ტალღის სიგრძეს, მაგრამ მაგალითი გვიჩვენებს, თუ როგორჰიგსის ველის მიერ მასის შექმნა, როგორც ჩანს, სიმეტრიის რღვევის გამო ხდება. პრიზმა არღვევს სინათლის სხვადასხვა სიგრძის სინათლის სიჩქარის სიმეტრიას მათი განცალკევებით, და ითვლება, რომ ჰიგსის ველი არღვევს ზოგიერთი ნაწილაკების მასების სიმეტრიას, რომლებიც სხვაგვარად სიმეტრიულად მასის გარეშეა.
როგორ ავხსნათ ჰიგსის ბოზონი მარტივი სიტყვებით? ფიზიკოსებმა მხოლოდ ახლახან გააცნობიერეს, რომ თუ ჰიგსის ველი ნამდვილად არსებობს, მისი ფუნქციონირება მოითხოვს შესაბამისი მატარებლის არსებობას ისეთი თვისებებით, რის გამოც შესაძლებელია მისი დაკვირვება. ვარაუდობდნენ, რომ ეს ნაწილაკი ბოზონებს ეკუთვნოდა. მარტივი სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჰიგსის ბოზონი არის ეგრეთ წოდებული გადამზიდავი ძალა, იგივე ფოტონები, რომლებიც სამყაროს ელექტრომაგნიტური ველის მატარებლები არიან. ფოტონები, გარკვეული გაგებით, არის მისი ადგილობრივი აგზნება, ისევე როგორც ჰიგსის ბოზონი არის მისი ველის ლოკალური აგზნება. ფიზიკოსების მიერ მოსალოდნელი თვისებების მქონე ნაწილაკების არსებობის დადასტურება, ფაქტობრივად, ტოლფასი იყო ველის არსებობის პირდაპირ დადასტურებას.
ექსპერიმენტი
მრავალწლიანმა დაგეგმვამ საშუალება მისცა დიდ ადრონულ კოლაიდერს (LHC) გამხდარიყო ჰიგსის ბოზონის თეორიის პოტენციური უარყოფის დასტური. სუპერმძლავრი ელექტრომაგნიტების 27 კმ-იან რგოლს შეუძლია დააჩქაროს დამუხტული ნაწილაკები სინათლის სიჩქარის მნიშვნელოვან ნაწილებამდე, რამაც გამოიწვია საკმარისად ძლიერი შეჯახება მათ კომპონენტებად დაყოფისთვის, აგრეთვე სივრცის დეფორმაცია დარტყმის წერტილის გარშემო. გამოთვლების მიხედვით, საკმარისად მაღალი დონის შეჯახების ენერგიის დროს შესაძლებელია ბოზონის დამუხტვა ისე, რომ ის დაიშლება და ეს შეიძლება იყოსუყურებს. ეს ენერგია იმდენად დიდი იყო, რომ ზოგი პანიკაშიც კი იწინასწარმეტყველა და სამყაროს აღსასრული იწინასწარმეტყველა, სხვების ფანტაზიამ კი იქამდე მიაღწია, რომ ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენა ალტერნატიული განზომილების შესწავლის შესაძლებლობად იქნა აღწერილი.
საბოლოო დადასტურება
თავდაპირველმა დაკვირვებებმა, როგორც ჩანს, ფაქტობრივად უარყო პროგნოზები და ნაწილაკზე არანაირი ნიშანი ვერ მოიძებნა. მილიარდობით დოლარის დახარჯვის კამპანიაში ჩართული ზოგიერთი მკვლევარი ტელევიზიითაც კი გამოვიდა და თვინიერად თქვა, რომ სამეცნიერო თეორიის უარყოფა ისეთივე მნიშვნელოვანია, როგორც მისი დადასტურება. თუმცა, გარკვეული პერიოდის შემდეგ, გაზომვები დაიწყო დიდი სურათის დამატება და 2013 წლის 14 მარტს CERN-მა ოფიციალურად გამოაცხადა ნაწილაკების არსებობის დადასტურება. არსებობს მტკიცებულება, რომელიც ვარაუდობს მრავალი ბოზონის არსებობას, მაგრამ ეს იდეა საჭიროებს დამატებით შესწავლას.
ორი წლის შემდეგ, რაც CERN-მა გამოაცხადა ნაწილაკების აღმოჩენის შესახებ, მეცნიერებმა, რომლებიც მუშაობდნენ დიდ ადრონულ კოლაიდერზე, შეძლეს ამის დადასტურება. ერთის მხრივ, ეს იყო მეცნიერების უზარმაზარი გამარჯვება, მეორე მხრივ კი, ბევრი მეცნიერი იმედგაცრუებული იყო. ვინმეს რომ ჰქონოდა იმედი, რომ ჰიგსის ბოზონი იქნებოდა ნაწილაკი, რომელიც მიიყვანდა სტანდარტული მოდელის მიღმა უცნაურ და შესანიშნავ რეგიონებში - სუპერსიმეტრია, ბნელი მატერია, ბნელი ენერგია - მაშინ, სამწუხაროდ, ეს ასე არ იყო.
Nature Physics-ში გამოქვეყნებულმა კვლევამ დაადასტურა ფერმიონებად დაშლა. სტანდარტული მოდელი წინასწარმეტყველებს, რომ, მარტივი სიტყვებით, ბოზონიჰიგსი არის ნაწილაკი, რომელიც ფერმიონებს აძლევს მათ მასას. CMS კოლაიდერის დეტექტორმა საბოლოოდ დაადასტურა მათი დაშლა ფერმიონებად - კვარკებად და ტაუ ლეპტონებად.
ჰიგსის ბოზონი მარტივი სიტყვებით: რა არის ეს?
ამ კვლევამ საბოლოოდ დაადასტურა, რომ ეს არის ჰიგსის ბოზონი, რომელიც იწინასწარმეტყველა ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელის მიერ. ის მდებარეობს 125 გევ-ის მასის ენერგიის რეგიონში, არ აქვს სპინი და შეიძლება დაიშალოს ბევრ მსუბუქ ელემენტად - წყვილი ფოტონები, ფერმიონები და ა.შ. ამის წყალობით შეგვიძლია დარწმუნებით ვთქვათ, რომ ჰიგსის ბოზონი, მარტივი სიტყვებით, არის ნაწილაკი, რომელიც აძლევს მასას ყველაფერს.
იმედგაცრუებული ახლად გახსნილი ელემენტის ნაგულისხმევი ქცევით. თუ მისი დაშლა ოდნავ განსხვავებულიც კი იქნებოდა, ის სხვაგვარად იქნებოდა დაკავშირებული ფერმიონებთან და გამოჩნდებოდა კვლევის ახალი გზები. მეორეს მხრივ, ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ არც ერთი ნაბიჯით არ გადავსულვართ სტანდარტული მოდელის მიღმა, რომელიც არ ითვალისწინებს გრავიტაციას, ბნელ ენერგიას, ბნელ მატერიას და რეალობის სხვა უცნაურ მოვლენებს.
ახლა მხოლოდ იმის გამოცნობა შეიძლება, რამ გამოიწვია ისინი. ყველაზე პოპულარული თეორია არის სუპერსიმეტრია, რომელიც აცხადებს, რომ სტანდარტული მოდელის ყველა ნაწილაკს ჰყავს წარმოუდგენლად მძიმე სუპერპარტნიორი (ამგვარად, სამყაროს 23%-ს შეადგენს - ბნელი მატერია). კოლაიდერის განახლება, მისი შეჯახების ენერგიის გაორმაგება 13 ტევ-მდე, სავარაუდოდ შესაძლებელს გახდის ამ სუპერნაწილაკების აღმოჩენას. წინააღმდეგ შემთხვევაში, სუპერსიმეტრიას მოუწევს ლოდინი LHC-ის უფრო ძლიერი მემკვიდრის მშენებლობას.
შემდეგი პერსპექტივები
მაშ როგორი იქნება ფიზიკა ჰიგსის ბოზონის შემდეგ? LHC-მა ახლახან განაახლა მუშაობა მნიშვნელოვანი გაუმჯობესებით და შეუძლია დაინახოს ყველაფერი ანტიმატერიიდან ბნელ ენერგიამდე. ითვლება, რომ ბნელი მატერია ჩვეულებრივ მატერიასთან ურთიერთქმედებს მხოლოდ გრავიტაციისა და მასის შექმნის გზით, და ჰიგსის ბოზონის მნიშვნელობა არის გასაღები იმის გასაგებად, თუ როგორ ხდება ეს. სტანდარტული მოდელის მთავარი ნაკლი არის ის, რომ მას არ შეუძლია ახსნას გრავიტაციის ეფექტი - ასეთ მოდელს შეიძლება ეწოდოს დიდი ერთიანი თეორია - და ზოგი თვლის, რომ ნაწილაკი და ჰიგსის ველი შეიძლება იყოს ხიდი, რომლის პოვნაც ფიზიკოსებს ძალიან სურთ.
ჰიგსის ბოზონის არსებობა დადასტურდა, მაგრამ მისი სრული გაგება ჯერ კიდევ ძალიან შორსაა. უარჰყოფს თუ არა მომავალი ექსპერიმენტები სუპერსიმეტრიას და თავად ბნელ მატერიად მისი დაშლის იდეას? ან დაადასტურებენ ისინი სტანდარტული მოდელის პროგნოზების ბოლო დეტალს ჰიგსის ბოზონის თვისებების შესახებ და სამუდამოდ დაასრულებენ კვლევის ამ სფეროს?
