Nee, niet de Higgs, maar deze afbeelding legt wel sporen vast van proton-protonbotsingen. (En hé, het ziet er cool uit, ook.) Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

In juli 2012 de hele wereld kwam oog in oog te staan ​​met het Higgsdeeltje:een sprankelend, weinig licht dat als Tinkerbell over onze schermen danste. Wacht, dat klopt niet.

Terwijl natuurkundigen sprongen van vreugde om het Higgs-deeltje te 'zien' - dat ongrijpbare deeltje dat het Higgs-veld vormt, waardoor deeltjes massa kunnen winnen -- de waarheid is dat ze een hele reeks getallen zagen, grafieken en algemene gegevens die hen vertelden dat het Higgs-deeltje was gedetecteerd. En zelfs zeggen dat het "gedetecteerd" is, verdient enige uitleg.

Zoals gemeld, de verzamelde gegevens hadden een zekerheidsniveau van 5 sigma. Je hebt misschien gehoord dat "5-sigma" aangaf dat er een kans van één op 3,5 miljoen was dat het beroemde boson niet bestond. Maar niet zo snel. Zoals met veel natuurkundenieuws, het is ingewikkelder dan dat. Het betrouwbaarheidsniveau van vijf sigma betekende eigenlijk dat er een kans van één op 3,5 miljoen was dat zelfs als er geen Higgs-deeltje zou bestaan, CERN-medewerkers zouden dezelfde resultaten hebben gezien. Met andere woorden, er is een kans van één op 3,5 miljoen dat een experiment om de Higgs te vinden resultaten zou opleveren die het leken te bevestigen, zelfs als zo'n deeltje niet bestond.

Dus als wetenschappers van CERN (de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek) niet verwachtten iets te zien dat leek op een rekwisiet in een toneelproductie van "Peter Pan, " waar waren ze naar op zoek? Lange tijd, natuurkundigen waren verbaasd over het feit dat deeltjes zoals elektronen en quarks massa hadden. Ze schaamden zich niet voor de kleine jongens die atomen en moleculen vormen; het was alleen zo dat hun wiskundige representaties van een symmetrisch universum niet echt werkten tenzij de deeltjes massaloos waren [bron:Greene].

Peter Higgs en enkele van zijn collega-fysici hadden een idee. In plaats van te proberen uit te vinden hoe al deze vergelijkingen kunnen worden aangepast en ontworpen om te werken met met massa beladen deeltjes, waarom niet de wiskunde behouden en de veronderstelling toevoegen dat de deeltjes werken in een veld dat een belemmering op hen uitoefent? Als dat het geval was, we zouden in dit "veld" een stof kunnen vinden die massa aan een deeltje toevoegt door weerstand te creëren. Stel je een vlieg voor die door de lucht zoemt; het vaart prima totdat het een sterke tegenwind tegenkomt. Plotseling, onze snelle, kleine vlieg voelt behoorlijk zwaar aan. Zo zou het ook zijn met onze deeltjes als ze door het Higgs-veld ploeteren.

Natuurlijk, natuurkundigen waren niet bepaald op zoek naar een soort universele ahornsiroop waar we allemaal in hadden gezwommen zonder het te merken. Ze waren eerder op zoek naar deeltjes die een Higgs-veld zouden kunnen vormen, en ze dachten dat hun zoektocht zou slagen als ze de omstandigheden direct na de oerknal konden nabootsen. In die omstandigheden, we kunnen zien hoe dingen als quarks en leptonen rondvlogen en of zoiets als het Higgs-deeltje ook is gemaakt om de massa te leveren waarmee ze kunnen samenklonteren tot composietdeeltjes zoals protonen [bron:STFC].

De Large Hadron Collider is als een NASCAR-baan voor zwermen race-protonen (en enkele zware ionen, te). Die protonen ritsen in tegengestelde richtingen rond de bijna 27 kilometer lange cirkel en komen elkaar miljoenen keren per seconde tegen [bron:Greene]. Als ze botsen, de composietdeeltjes spuiten in hun kleinere delen - quarks en leptonen. De energie die wordt gecreëerd, kan ons in staat stellen om echt te zien, echt zware deeltjes die bij de botsing zijn ontstaan.

Hier beginnen we dingen als het Higgs-deeltje te "zien". De detectoren in de LHC meten de energie en lading van de deeltjes die vuurwerk afsteken bij de protonbotsingen. De detectoren zijn geen krimpende viooltjes - de grootste bij de LHC is 25 meter lang en even breed. Ze moeten zo groot zijn omdat gigantische magneten worden gebruikt om het pad van deeltjes te buigen

Als we de baan van de deeltjes in een magnetisch veld krommen, we kunnen zien hoe ze anders reageren -- sommige met een heel hoog momentum zullen nog steeds in een rechte lijn gaan, degenen met een lager momentum zullen een strakke spiraal vormen [bron:CERN]. Dus momentum is een nuttig stukje informatie dat onderzoekers en natuurkundigen kunnen bestuderen wanneer ze puzzelen over de identiteit van een bepaald deeltje.

Tracking devices in detectoren zijn handig, te. Een volgapparaat registreert elektronische signalen die deeltjes achterlaten als ze door de detector suizen, wat op zijn beurt een computer in staat stelt een grafische weergave te maken van het pad van het deeltje.

Calorimeters in de detectoren helpen ook bij identificatie. Een calorimeter meet de energie die het deeltje verliest na de botsing, en het absorbeert de deeltjes in de detector. Natuurkundigen kunnen dan de straling bestuderen die door de deeltjes wordt uitgezonden, wat hen helpt om wat meer unieke identificatiegegevens voor specifieke deeltjes te bepalen [bron:CERN].

Dus hoe ziet het Higgs-deeltje eruit? We zullen, haat teleurstellen, maar het hele punt is dat we het niet kunnen zien. Het is een klein deeltje, Mens. Wees niet gek. Wat we in plaats daarvan zien is, goed, grafieken. En gegevens. Al die lawaaierige gegevens over het deeltjespad, energie, vervalproducten en meer werden opgeveegd in de detectoren en gesynthetiseerd tot koude, harde cijfers. Die cijfers gaven aan dat er een "overdaad aan gebeurtenissen" plaatsvond die het bestaan ​​van Higgs aangaf [bron:CERN].

Wees nu niet te teleurgesteld. De aardige mensen van CERN weten wat we willen:mooie foto's die een weergave van het Higgs-deeltje laten zien. Als u een grafische simulatie van de botsingen wilt zien, bekijk de CERN-website voor enkele (zeer bevredigende) weergaven van hoe Higgs er in actie "uit ziet" [bron:CERN].

Veel meer informatie

Notitie van de Auteur:Hoe ziet het Higgs-deeltje eruit?

Bij het voorstellen van de Higgs, Ik denk dat het eerlijk is om te zeggen dat ik me zo'n beetje een druppel ahornsiroop voorstel die het stroperige Higgs-veld vormt. Het is niet nauwkeurig, maar het doet me veel nadenken over de deeltjesfysica die elk weekend ontbijt.

gerelateerde artikelen

• Wat is het Higgs-deeltje precies?
• Kunnen supersymmetrie en het multiversum beide tegelijkertijd waar zijn?
• Wat zien deeltjesfysici als er botsingen plaatsvinden?
• Kan de LHC de snaartheorie bewijzen?
• 5 ontdekkingen gemaakt door de Large Hadron Collider (tot nu toe)

bronnen

• ATLAS-experiment. "Laatste resultaten van de ATLAS Higgs-zoekopdracht." CERN. 4 juli, 2012. (14 juli, 2014) http://www.atlas.ch/news/2012/latest-results-from-higgs-search.html
• Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). "Druk op Office-fotoselectie." (14 juli, 2014) http://cds.cern.ch/search?cc=Press+Office+Photo+Selection&rg=100&of=hpm&p=internalnote%3A%22Higgs%22&sf=year&so=d
• Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). "Het standaardmodel." 2014. (14 juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/physics/standard-model
• Fermilab. "Veelgestelde vragen over het Higgs-deeltje." Fermi National Accelerator Laboratory. (14 juli, 2014) https://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/2012/files/Higgs_Boson_FAQ_July2012.pdf
• Groen, Brian. "Hoe het Higgs-deeltje werd gevonden." Smithsonian tijdschrift. juli 2013. (14 juli, 2014) http://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-the-higgs-boson-was-found-4723520/?all
• Heilprin, John. "Nu zelfverzekerd:CERN-natuurkundigen zeggen dat een nieuw deeltje het Higgs-deeltje is." Fys.Org. 14 maart, 2013. (14 juli, 2014) http://phys.org/news/2013-03-confident-cern-physicists-higgs-boson.html
• Lam, Evelien. "5 Sigma - wat is dat?" Wetenschappelijke Amerikaan. 17 juli 2012. (14 juli, 2014) http://blogs.scientificamerican.com/observations/2012/07/17/five-sigmawhats-that/
• Licht aan, Alice. "Hoe ziet een Higgs-deeltje eruit?" Bedrade. 4 juli, 2012. (14 juli, 2014) http://www.wired.co.uk/news/archive/2012-07/04/higgs-boson-appearance
• O'Luanaigh, Cian. "De basis van het Higgs-deeltje." CERN. 22 mei 2014. (14 juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/05/basics-higgs-boson
• Faciliteitenraad Wetenschap &Technologie. "Large Hadron Collider." Onderzoeksraden VK. (14 juli, 2014) http://www.stfc.ac.uk/646.aspx
• Spiegelhalter, David. "Uitleg over 5-sigma voor de Higgs." BegrijpenOnzekerheid.Org. 7 augustus 2012. (14 juli, 2014)
• Taylor, Lucas. "Over het Higgs-deeltje." CERN. 22 november 2011. (14 juli, 2014) http://cms.web.cern.ch/news/about-higgs-boson
• Wilkins, Alasdair. "De ultieme veldgids voor subatomaire deeltjes." I09.com. 16 september 2010. (14 juli, 2014) http://io9.com/5639192/the-ultimate-field-guide-to-subatomic-particles