Eine Konzeptkunst des Gottespartikels. koto_feja/iStock
Der Large Hadron Collider LHC beim European Council of Nuclear Research CERN ist ein gigantischer Teilchenbeschleuniger Synchrotron in Genf, Schweiz. Vor zehn Jahren, an diesem Tag 4. Juli, gab LHC bekannt, dass Physiker auf der ganzen Welt seit Jahrzehnten gespannt auf die Entdeckung des Higgs-Boson-Teilchens warten.
Jahrzehntelang hatten Teilchenphysiker damit gerechnet, die Existenz des Higgs-Bosons als „letztes fehlendes Stück“ der nachweisen zu können.Standardmodell der Physik. Das Teilchen war entscheidend für die Bestätigung der Vorhandensein des Higgs-Feldes, das allen Elementarteilchen Masse verleiht.
Das Higgs-Boson wurde in Leon M. Lederman und Dick Teresis Buch von 1993 als „Gottesteilchen“ bezeichnet. Das Gottesteilchen: Wenn das Universum die Antwort ist, was ist dann die Frage? wegen der lang gehegten Annahme der Physiker, dass das Teilchen trotz aller Beweise existieren müsse. Die Autoren schrieben: "DiesBoson ist so zentral für den heutigen Stand der Physik, so entscheidend für unser endgültiges Verständnis der Struktur der Materie und doch so schwer fassbar, dass ich ihm einen Spitznamen gegeben habe: das Gottesteilchen. Warum Gottesteilchen? Zwei Gründe. Einer, derDer Verlag würde es uns nicht das gottverdammte Teilchen nennen lassen, obwohl das angesichts seiner bösartigen Natur und der Kosten, die es verursacht, ein angemessenerer Titel wäre. Und zweitens gibt es eine Art Verbindung zu anderes Buch, ein vielältere..."
CERN gab am 4. Juli die Bestätigung der Existenz des Higgs-Bosons bekanntth , 2012.
Während sie über die Bedeutung des Higgs-Bosons sprach, sagte die Generaldirektorin des CERN, Fabiola Gianotti: „Die Entdeckung des Higgs-Bosons war ein monumentaler Meilenstein in der Teilchenphysik. Sie markierte sowohl das Ende einer jahrzehntelangen Reiseder Erforschung und der Beginn einer neuen Ära der Erforschung dieses ganz besonderen Teilchens.“ Gianotti leitete auch das ATLAS-Experiment A Toroidal LHC Apparatus bei CERN während der Entdeckung des Higgs-Bosons.
Ein Jahrzehnt der Higgs-Boson-Forschung ist vergangen, und Wissenschaftler haben verschiedene Geheimnisse im Zusammenhang mit dem Teilchen gelüftet. Vor kurzem haben die Physiker des CERN mehrere Forschungsarbeiten in der Zeitschrift veröffentlicht.Natur, Hervorhebung der Errungenschaften und weiteren Ziele der Higgs-Boson-Forschung. Hier ist ein Überblick darüber:
Die verblüffenden Enthüllungen aus der Higgs-Boson-Forschung
Die Entdeckung des Higgs-Bosons resultierte aus einer internationalen Zusammenarbeit zwischen den Teams ATLAS und CMS Compact Muon Solenoid am CERN, die gemeinsam daran beteiligt waren mehr als 5.500 Ingenieure, Techniker, Teilchenphysiker, Studenten und viele andere unterstützende Mitglieder aus 54 Nationen. Mitglieder von über 240 Wissenschaftsinstituten aus der ganzen Welt waren an der Suche nach dem Higgs-Boson am LHC beteiligt, was es zu einem der größten Wissenschaftsprojekte machtin der Geschichte.
Laut CERN basieren alle bisher erzielten LHC-Ergebnisse auf nur 5 Prozent der gesamten Datenmenge, die der Collider während seiner Lebensdauer liefern wird. Es hat bereits eine Reihe von Theorien und Vorhersagen des Standardmodells bestätigtder Physik und enthüllte auch neue Informationen.
Hier sind einige der wichtigstenErfolge der Higgs-Boson-Forschung:
- Die Experimente haben gezeigt, dass das neue Teilchen keinen intrinsischen Drehimpuls oder Quantenspin hat, wie vom Standardmodell vorhergesagt.
- Forscher beobachteten, wie die Higgs-Bosonen aus Paaren von W- oder Z-Bosonen erzeugt wurden und in diese zerfielen, was bestätigte, dass diese Teilchen ihre Masse durch ihre Wechselwirkungen mit dem Higgs-Feld gewinnen, wie vom Standardmodell vorhergesagt.
- Experimente haben auch gezeigt, dass das Top-Quark, Bottom-Quark und Tau-Lepton die schwersten Fermionen ihre Masse durch Wechselwirkungen mit dem Higgs-Feld erhalten, was auch vom Standardmodell vorhergesagt wurde. Die Beobachtungen bestätigten die Existenz einer Wechselwirkung,oder Kraft, Yukawa-Wechselwirkung genannt, die Teil des Standardmodells ist und durch das Higgs-Boson vermittelt wird. Diese Wechselwirkungen spielen eine bedeutende Rolle bei der Erklärung der Kernkräfte, die Protonen und Neutronen zusammenhalten.
- Die Masse des Higgs-Bosons wurde mit 125 Milliarden Elektronenvolt GeV gemessen. Während die Masse des Higgs-Bosons nicht vom Standardmodell vorhergesagt wird, zusammen mit der Masse des schwersten bekannten Elementarteilchens, des Top-Quarks und anderer Parameter, es kann die Stabilität des Vakuums des Universums bestimmen und erklären, warum das Universum dies nicht tut in sich zusammenfallen.
- Bisher wurden über 60 vom Standardmodell vorhergesagte zusammengesetzte Teilchen Teilchen aus mehr als zwei Elementarteilchen entdeckt, darunter exotische „Tetraquarks“ und „Pentaquarks“.
Laut CERN „haben die Experimente auch eine Reihe faszinierender Hinweise auf Abweichungen vom Standardmodell offenbart, die weitere Untersuchungen erforderlich machen, und sie haben das Quark-Gluon-Plasma, das das Universum in seinen frühen Momenten erfüllte, in beispielloser Detailgenauigkeit untersucht.“ Forschungist auch weiterhin auf der Suche nach neuen Teilchen, die über die vom Standardmodell vorhergesagten hinausgehen.
Laut CMS-Vertreter Luca Malgeri „kann das Higgs-Boson selbst auf neue Phänomene hinweisen, einschließlich einiger, die für die Dunkle Materie im Universum verantwortlich sein könnten.“
Die Straße voraus
Die Higgs-Boson-Forschung ist noch im Gange, und der LHC liefert uns kontinuierlich wertvolle Daten in Bezug auf Higgs-Felder und das Higgs-Boson. Die Forscher müssen noch Antworten auf Fragen finden, darunter: „Gibt das Higgs-Feld auch Masse für dieleichtere Fermionen, oder könnte ein anderer Mechanismus im Spiel sein?Ist das Higgs-Boson ein elementares oder zusammengesetztes Teilchen?Kann es mit dunkler Materie interagieren und die Natur dieser mysteriösen Form von Materie enthüllen?Was erzeugt die Masse und die Selbstwechselwirkung des Higgs-Bosons?Tatsächlichhat es Zwillinge oder Verwandte?"
Obwohl Wissenschaftler viele Informationen über das Teilchen in der letzte 10 Jahre, es gibt eine Menge Informationen, die noch entdeckt werden müssen. Unterdessen haben Forscher bei CERN sind auch dEntwicklungspläne für a neuer Collider, genannt Future Circular Collider, der einen Umfang von 100 km 62 Meilen haben würde – erheblich größer als der 27 km lange LHC. Sobald der FCC in Betrieb ist, wird er in der Lage sein, riesige Mengen an Higgs-Bosonen auszuspucken, wodurch Wissenschaftler die Art und Weise abbilden können, wie diese Partikel mit anderer Materie interagieren.
Gegenwärtige Pläne sehen vor, dass das FCC schrittweise gebaut wird. Der Tunnel wird zunächst ein Elektron-Positron-Gerät beherbergen, das Elektronen mit ihrem Antimaterie-Gegenstück, dem Positron, kollidieren lässt. Dies wird es Wissenschaftlern ermöglichen, spezifische Phänomene zu untersuchen, die mit den vier schwersten Teilchen verbunden sind,einschließlich des Higgs-Bosons, und helfen dabei, genau zu erkennen, wie sich das Standardmodell von der Realität unterscheidet.
Dasselbe Instrument würde dann umfunktioniert, um einen Proton-Proton-Collider zu bauen, der mit einer Energie von 100 Teraelektronenvolt TeV betrieben wird, was möglicherweise die Entdeckung neuer Teilchen ermöglicht.
Es scheint, dass die Forschung gerade erst begonnen hat.
Die Studien 1, 2, 3 über die 10-jährige Higgs-Boson-Forschung werden in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.