חלקיקים

חלקיקי היגס יודעים מדוע יש חומר

גלאי 14,000 הטון קומפקט מיון סולנואיד, CMS, נבנה מחדש כדי להיות מסוגל למצוא חסכונות טובים יותר.

© מיכאל הוך / מקסימיליין בריס

רשת של חלקיקי היגס סוגרת את היקום, מגלקסיות מרוחקות לתאים אנושיים. למרות שהוא אינו גלוי או מדיד ישירות, שדה ההיג הוא ללא ספק יציב - אחרת האדמה הייתה הופכת לחסרת משקל מדי פעם.

מאז יצירת היקום, שדה ההיג הופעל ללא הרף ומבטיח כי לכל אבני הבניין של האטומים, כמו קווארקים ואלקטרונים, יש מסה.

אולם הפיזיקה דאגה מאיך שדה ההמונים עובד מאז הופיע חלקיק היגס לראשונה בגלאים בשנת 2012.

CERN רוצה לחשוף את סוד שדה היגס על ידי ייצור חלקיקי היגס בזוגות ולחקור כיצד הם מגיבים אחד עם השני.

הייצור מתחיל ברגע שה- Big Hadron Collider הגדול, LHC, מוכן בשנת 2021 לאחר שדרוג של שנתיים.

ואז הפיזיקאים יכולים לגלות מדוע לכל דבר יש מסה - וזוגות מצומצמים יכולים לפתוח את הדלת לעולם החומר האפל.

גלאי 14,000 הטון קומפקט מיון סולנואיד, CMS, נבנה מחדש כדי להיות מסוגל למצוא חסכונות טובים יותר.

© מיכאל הוך / מקסימיליין בריס

חלקיקים שומרים על התחום

אף שאיש עדיין לא חקר את אופי התחום, לפיזיקאים יש תיאוריה על אופן פעולתו.

זה למעשה נותן לחלקיקים אנרגיה, ולפי המשוואה הידועה של אלברט איינשטיין E = mc2, האנרגיה שווה למסה.

ניתן להשוות את שדה ההיג לשדה חשמלי בין אלקטרודה טעונה באופן חיובי לשלילה - גם אם שדה חשמלי נעלם כאשר מבטלים את הפרש המתח בין האלקטרודות.

השדה המוני, לעומת זאת, עובד לנצח ביקום מכיוון שחלקיקי היגס מגיבים כל הזמן זה עם זה. התגובות שומרות על מטען השדה, המעניק לחלקיקים היסודיים את המסה שלהם.

לכל חלקי האטומים בעלי המסה אינטראקציה שונה עם שדה ההיג. לדוגמה, קווארקים קשורים חזק לשדה, ולכן הם כבדים.

צימוד האלקטרונים חלש, ולכן הם קלים יותר. ה- LHC יבחן כיצד התגובות של חלקיקי היגס שומרות על השדה.

הירידה נותנת מושג

ה- LHC אולי כבר יצר 1000 זוגות של היגס, אך הם כה נדירים שהם נופלים ברעש של כל החלקיקים שהתגבשו במהלך מיליארדי ההתנגשויות מאז שהניסויים החלו בשנת 2010. אולם תגלית חדשה מובילה לאופטימיות.

חלקיק היגס נמצא בשנת 2012 מכיוון שהוא נפל לשני פוטוני גמא עשירים באנרגיה.

אך בשנה שעברה נפל חלקיק של היגס לשני קווארקים תחתונים כבדים, שנובעים רק מהתנגשויות הפרוטונים העשירות באנרגיה, למשל, ב- LHC. סוג זה של ריקבון צפוי להתרחש בכ -60 אחוז מהמקרים בהם ה- LHC מוצא חלקיק Higgs רופף.

כך יהיה כאשר מייצרים חלקיקי היגס בזוגות. זו הסיבה שפיזיקאים יודעים כעת מה לחפש בכמות הנתונים: היווצרות סימולטנית של ארבעה קווארקים תחתונים.

אינדיקציה זו מגדילה את הסיכוי שה- LHC ימצא חיסכון גדול במהלך חייו ויכול לקבוע כיצד הם מייצרים את שדה המונים הנצחי, האוניברסלי.

מאיץ מאובזר לחיפוש חיסכון בהיג

אם הפרוטונים (צינורות אלכסוניים, ראו תמונה) במאיץ החלקיקים Hadron Collider Large מתנגשים זה בזה באנרגיה של 13 טריליון וולט אלקטרוני, תיאורטית נוצר זוג היג אחד (דמויות צהובות) על כל 2000 חלקיקי היגס רופפים.

הזוגות ההיגיים באים לאור בזכות ארבעת הקווארקים (חרוטים אפורים) שהזוגות נופלים לעיתים קרובות.

מכיוון שזה קורה לעתים רחוקות כל כך, לא ניתן לקבוע בוודאות את ייצור הזוגות. בשנת 2016, גלאי ה- ATLAS הגדול מצא זוג היג אפשרי, והעניק לפיזיקאים מושג מה לחפש.

ה- LHC נמצא בשיפור בשני שלבים. לפני הניסויים בשנת 2021, משודרגים הגלאים כך שיוכלו למצוא עוד higgsparen.

המאיץ עצמו יותאם בשנת 2024 וב- 2025 ואז יכול לגרום להתנגשות של פרוטונים פי עשרה: 10 מיליארד לשנייה. זה מגדיל את הסיכוי לייצר זוג היג.

הצג יותר הצג פחות

זוגות היג מכינים מרק ראשוני

ה- LHC כבר יצר את המרק הקדמוני של היקום, שהיה קיים בערך שניה מיקרו לאחר הבריאה. אבל זוגות היג יכולים לחזור צעד אחד אחורה ולשחזר את היווצרות המרק הקדמוני עצמו, שמקורו בשדה ההיג, מיליארד מאית השנייה אחרי המפץ הגדול.

לפני כן, בתקופה אולטרה-קצרה, היקום המוקדם התרחב במהירות עקב התנפחות (ההיפותטיות).

כאשר קם שדה ההיג, התרחש מעבר פאזי, ממש כמו כאשר אדים מתקררים למים נוזליים, והשדה ממיר מיד את אנרגיית האינפלטונים למסה: הקווארקים והעתיקות של המרק הקדמוני.

אם זה יצליח לייצר מספיק זוגות היג וללמוד כיצד חלקיקים אלה עובדים יחד, פיסיקאים יכולים לחשב את צפיפות האנרגיה של שדה ההיגס המקורי ולברר עד כמה היה אינטנסיבי מעבר השלב.

אם היווצרות שדה ההיג המקורי הביאה למעבר שלב אלים ביותר, חוסר היציבות כתוצאה עשוי להסביר מדוע כל מערכות היקום עשויות מחומר.

זו הייתה תעלומה במשך שנים רבות מדוע החומר ניצח את האנטי-חומר. בתיאוריה, נוצרו קוורקים רבים כמו עתיקים, אך אם היו, הגלקסיות לא היו קיימות.

כאשר חומר ואנטי-חומר נפגשים, החלקיקים מתפוגגים זה מזה. זו הסיבה שבוודאי נוצר כמיליארד קווארקים פלוס 1 לכל מיליארד עתיקות. הקווארקים ששרדו יצרו אז את האטומים הראשונים.

היגסוולד יצר את העניין ממש אחרי המפץ הגדול

מיליארד שנייה אחרי המפץ הגדול, שדה ההיג העניק מסה לחומר ואנטי-חומר. כעת פיסיקאים רוצים לשחזר את הרגע בו התגלה השדה ללמוד מדוע אבודים נגד חלקיקים והכל מורכב מחומר.

1. היקום צומח

לאחר המפץ הגדול, האינפלציה מתחילה, כשהיקום החדש שנוצר מתרחב מהר יותר ממהירות האור.

כאשר האינפלציה נעצרת מיליארדית השנייה אחרי המפץ הגדול, האנרגיה מההתרחבות מסתיימת במעבר פאזי שמפיק המרק הקדמוני.

2. נוצר שדה היג

מעבר השלבים נדלק ביקום כולו, בגודל של כדורגל, למגרש ההיג.

שדה זה מעניק מסה לקווארקים ואנטי החלקיקים שלהם, עתיקות, אשר יחד עם חלקיקי כוח חסרי מסה, גלונים, יוצרים את המרק הקדמוני.

בהתנגשות מחסלים הקווארקים והעתיקות זה את זה.

3. הנושא מנצח

אם מעבר הפאזות הוא עז, הוא יוצר חוסר יציבות שמייצר יותר קווארקים מאשר עתיקים.

גלואונים קושרים את הקווארקים המיותרים שלוש עד שלוש בפרוטונים ובנויטרונים, המהווים אטומים וגלקסיות.

תגובות מצד זוגות של חלקיקי היגס חייבות להראות כיצד עבר מעבר השלבים.

חלקיקים יוצרים שדה אפל

חלקיקי היגס ושדה המסה שלהם נוספו למודל הסטנדרטי של הפיזיקה כדי להסביר כיצד כל אבני הבניין האטומיות משיגות מסה.

כאשר ה- LHC מצא את חלקיק היגס, הוכח דגם זה באופן סופי. אבל יש בו חורים - זה לא מסביר את החומר האפל שלדברי האסטרונומים מהווה 85 אחוז מכל המסה בגלקסיות.

עם זאת, זוגות היג יכולים לפתוח את הדלת לעולם החומר האפל. על פי "תיאוריות של הכל", ישנם תאומים לא ידועים של חלקיק היגס, ואחת מהן הייתה יוצרת שדה מסה אפל שנותן מסה לחומר האפל.

אם התאומים האלה באמת נמצאים שם, פיזיקאים עם ה- LHC המעודכן ימצאו חיסכון גדול פי שישה מכפי שהדגם הסטנדרטי צפה.

סטייה זו תהיה עדות עקיפה חזקה לקיומו של חומר אפל.

מאיץ ענק מוכן בשנות העשרים של המאה העשרים

אם ה- LHC לא יכול לייצר מספיק חסכון גדול, Collider Circular Collider ישתלט בשנות העשרים של המאה העשרים. המאיץ העצום ההוא יכול לגרום לפרוטונים להתנגש במהירות גבוהה פי שבעים מ- LHC ולייצר לפחות פי 40 זוגות היג.

ניתן לפתור כל מיני חידות עם זה: מדוע יש חומר, האם קיים חומר אפל ומדוע לחלקי האטומים יש מסה - בשמש, בגלקסיות ובאנשים.

וידאו: ישראל היום. ראיות לקיומו של החלקיק האלוהי (יָנוּאָר 2020).

רשום פופולרי

קטגוריה חלקיקים, למאמר הבא

למעלה 5: אילו חיות מזדווגות הכי הרבה זמן?
בעלי חיים

למעלה 5: אילו חיות מזדווגות הכי הרבה זמן?

האדם הוא אחד היונקים הבודדים המקיימים יחסי מין להנאה. מצד שני, בעלי חיים רבים מחזיקים מעמד הרבה יותר מאיתנו. מסיבת מין ממוצעת נמשכת איתנו 5.4 דקות, כך עולה ממחקר. עם זאת, בעלי חיים סופרים בשעות ואפילו בימים. 5. מרשמלו (5-14 שעות) © המוזיאון האוסטרלי חבריהם לגברים מותשים.
קרא עוד
ביולוגים מוצאים 115 מינים חדשים
בעלי חיים

ביולוגים מוצאים 115 מינים חדשים

זוחל דמוי תנין עם ראש כתום, צב שאוכל חלזונות ושומה עם חוטם מוזר. בעלי החיים הם בין 115 המינים החדשים שהקרן העולמית לחיות הבר (WWF) הוסיפה לרשימת החיים על פני האדמה בדו"ח שפורסם לאחרונה. כל המינים החדשים הופיעו בדרום מזרח אסיה באזור סביב נהר המקונג, אחד האזורים בכדור הארץ עם המגוון הביולוגי הגדול ביותר.
קרא עוד
החיות המהירות ביותר בעולם
בעלי חיים

החיות המהירות ביותר בעולם

1. חיה מהירה בעולם: בז בזיק המהירות המרבית: 325 קמ"ש. יתרון: גופו בצורת דמעה. חסרון: איטי כשהוא טס אופקית. בתנועה מהירה, הבז העגול מסובב את ראשו מטה ועושה צלילה. הוא שומר על כנפיו ורגליו קרוב לגופו ומרכיב את נוצות זנבו זה בזה, נותן לו צורת טיפת אווירודינמית ואז צולל אנכית כלפי מטה.
קרא עוד
5 חיות שיזכו בזהב במשחקים האולימפיים
בעלי חיים

5 חיות שיזכו בזהב במשחקים האולימפיים

אלפי הספורטאים האנושיים הטובים ביותר בעולם נמצאים כיום בריו, שם הם מראים מה אנחנו כספורט יכולים לעשות. למרבה המזל אין ספורטאים מהחי. ואז רוב לוחות הזהב היו הולכים לחברים עם ארבע רגליים. הם היכו אותנו כמעט בכל שטח בו עוסקים כוח וסיבולת.
קרא עוד