science >> Wetenschap > >> Fysica

Heeft de LHC praktische toepassingen gevonden voor het Higgs-deeltje?

Professor Peter Higgs staat voor een foto van de Large Hadron Collider in de tentoonstelling "Collider" van het Science Museum op 12 november, 2013, in Londen, Engeland. Foto door Peter Macdiarmid/Getty Images

In juli 2012 de aankondiging kwam dat de Large Hadron Collider bewijs had gevonden voor het Higgs-deeltje. Wetenschappers verheugden zich. Onderzoekers applaudisseerden. Natuurkundigen huilden. Hardcore fans van de LHC huilden, te, maar alle anderen stonden op het werk meestal rond het koffiezetapparaat en zeiden:"Dus, we kunnen nu door de tijd reizen, Rechtsaf?"

Van slechts een glimp van de ademloze berichtgeving in de media en de beelden van natuurkundigen in Zwitserland die champagne knallen, de leek kon er gemakkelijk achter komen dat het vinden van de Higgs een groot probleem was. Maar wat die Big Deal precies met onze Little Lives te maken had, was een beetje lastiger om te beantwoorden. Wat betekent het precies, vanuit praktische zin?

Eerst, laten we wat achtergrondinformatie geven over de Large Hadron Collider (LHC) en de experimenten in het algemeen, die werden uitgevoerd bij de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek. (We zullen het identificeren met het acroniem CERN, wat echt logisch is als je de oude naam van de organisatie gebruikt en Frans spreekt.) In een notendop, de LHC versnelt protonen tot bijna de lichtsnelheid en laat ze vervolgens tegen elkaar botsen. De botsing veroorzaakt geen oerknal, maar een Teeny Tiny Bang - een extreem kleine versie van hoe het was seconden nadat het universum begon.

Op die momenten direct nadat de protonen tegen elkaar botsen, ze stuiteren niet zomaar op elkaar. De energie van de resulterende explosie stelt ons in staat om veel zwaardere deeltjes te zien. Ze zijn extreem vluchtig, en ze vervallen in nog andere deeltjes in microseconden. Maar het zijn die piepkleine stukjes puin die grote natuurkundige vragen kunnen beantwoorden. Het Higgs-deeltje is zo'n deeltje, en het bracht wetenschappers op hun knieën.

Het Higgs-deeltje "verklaart" de natuurkunde niet, het is ook niet de sleutel tot het begrijpen van het universum. Als natuurkunde een gigantische puzzel was, het vinden van de Higgs zou ons kunnen helpen vast te stellen dat er een afbeelding van een boot in de puzzel zit, maar het past nog steeds niet alle stukjes in elkaar, of laat ons zelfs weten of de boot het onderwerp is of hoeveel stukken er zijn. Misschien lijkt dat een beetje een anticlimax voor iets dat af en toe wordt aangeduid als "het Goddeeltje, " wat zou kunnen verklaren waarom natuurkundigen de term horen en ineenkrimpen. De Higgs is misschien wel de belangrijkste natuurkundige ontdekking van onze generatie, maar het betekent niet dat we erachter zijn gekomen waarom we hier zijn of wat de leiding heeft.

Maar genoeg over wat de Higgs niet is. Laten we ingaan op de coole dingen die de Higgs ons wel vertellen, voordat we ingaan op de praktische "gebruiken" die kunnen voortvloeien uit de ontdekking ervan.

Het meest voor de hand liggende antwoord op wat het Higgs-veld tot nu toe voor ons heeft gedaan, is dat het bewijs levert dat het Higgs-veld bestaat. En voordat je fronst, bitter klagen over dat stomme antwoord, en nodig ons uit om lid te worden van uw tautologieclub, hoor ons uit. Natuurkundigen hadden lang moeite om uit te leggen waarom hun vergelijkingen alleen zinvol waren als bepaalde deeltjes geen massa hadden - wanneer, in feite, de betreffende deeltjes hadden wel een waarneembare massa.

Hun theorie was dat het Higgs-veld bestond:een soep van Higgs-bosonen die massa gaven aan elementaire deeltjes. Het is niet zo dat de bosonen de deeltjes veel zetmeel en vetten voedden; het was dat het veld zelf - dat het universum volledig doordringt - de deeltjes langzamer liet bewegen, waardoor ze samenklonteren en materie creëren. Denk aan een marmer dat snel rond een gekantelde cakevorm slaat. Voeg een dikke laag bloem toe aan de pan, en plotseling zwoegt het marmer door de korrels heen.

U begrijpt misschien waarom deze oplossing aantrekkelijk was. De mooie vergelijkingen hoefden niet te veranderen, omdat de deeltjes nog steeds massaloos kunnen zijn, terwijl ze ook erkennen dat ze dat deden, in feite, op de een of andere manier massa winnen.

Hier kwamen de theorie en het experiment samen. Door de protonen uit elkaar te halen om een Big Bang-achtige gebeurtenis te bestuderen, wetenschappers waren in staat om een deeltje te vinden dat ongeveer werkte zoals ze hadden voorspeld dat de Higgs zou moeten. Met andere woorden, gedurende een bepaalde tijd konden we slechts genereus een fractie van een seconde noemen, natuurkundigen konden een stukje van het puin van de explosie zien dat een bepaald pad volgde dat aangaf dat het gedrag ervan anders was dan de bekende deeltjes. Het had een massa- en vervalpatroon waardoor het opviel in een reeks mogelijke Higgs-verdachten.

Zoals we eerder zeiden, het vinden van het Higgs-deeltje betekende in de eerste plaats dat we nu bewijs hadden voor het Higgs-veld. (Ten slotte, je moet minstens één zandkorrel hebben om te bewijzen dat er een strand bestaat.) En bewijzen dat het Higgs-veld bestaat, was een enorme stap om uit te leggen hoe het universum massa verwerft.

Hoewel het belangrijk is om te onthouden dat het Higgs alleen massa geeft aan elementaire deeltjes zoals elektronen en quarks, dat betekent niet dat het voor jou en mij allemaal hetzelfde is [bron:CERN]. De kern van de zaak is dit:zonder het bestaan van de Higgs, het universum zou geen atomen en moleculen kunnen vormen. In plaats daarvan, elektronen en quarks zouden gewoon met de snelheid van het licht voorbij flitsen, zoals fotonen. Ze zouden nooit in staat zijn om enige vorm van samengestelde materie te vormen. Het universum zou dus massaloos zijn. Wij zouden niet bestaan, en evenmin zouden we iets in welke vorm dan ook herkennen.

Het vinden van de Higgs verklaart ook in grote mate waarom het standaardmodel - de belangrijkste theorie van de natuurkunde, die de kleinste stukjes van het universum beschrijft – klopt. Elk deeltje dat in het standaardmodel was voorspeld, was gevonden, minus de Higgs. Dus, het ontdekken van de Higgs is een lange weg om te bevestigen dat de theorie op de goede weg is.

Maar, Weet je nog wat we zeiden over alleen een idee hebben over het onderwerp van onze legpuzzel? Als we het standaardmodel voltooien, kunnen we misschien meer puzzelstukjes in elkaar passen, maar het betekent niet dat je de puzzel zelf moet afmaken. Dat komt omdat het standaardmodel ons geen beschrijving geeft van zwaartekracht, het beantwoordt ook geen van onze vragen over donkere materie en donkere energie - en die zijn goed voor maar liefst 96 procent van ons universum [bron:Jha]. Dus simpelweg zeggen dat we erachter zijn gekomen dat het Higgs bestaat - wat het standaardmodel bevestigt - geeft ons niet echt veel meer dan een hele reeks nieuwe ideeën over wat daarbuiten bestaat.

Nog erger, een van die ideeën – supersymmetrie – raakt snel uitgeput, vanwege de ontdekking van Higgs. Supersymmetrie zegt dat elk fundamenteel deeltje een superpartner heeft die kracht en materie verenigt en zelfs de basis zou kunnen zijn van donkere materie of energie. Helaas, de LHC vindt die superpartners niet wanneer de voorspellingen aangeven dat het ze zou moeten kunnen detecteren [bron:Jha]. Dus een praktisch 'gebruik' van de Higgs is dat het wetenschappers ertoe kan brengen theorieën te heroverwegen die verder gaan dan het standaardmodel.

Maar heb nog niet het gevoel dat je een dwaas bent. Onthoud dat, toen elektromagnetische golven voor het eerst werden ontdekt in de 19e eeuw, we wisten niet dat ze ons uiteindelijk zouden helpen naar de honkbalwedstrijd te luisteren, een bevroren burrito vernietigen of ons de hele dag naar onze iPhones laten staren. Hoewel de ontdekking van de Higgs misschien nog geen waarneembare toepassingen heeft, ze zijn misschien gewoon één "Eureka!" weg.

Veel meer informatie

Notitie van de Auteur:Heeft de LHC praktische toepassingen gevonden voor het Higgs-deeltje?

Ik zou graag willen geloven dat het ontdekken van de Higgs echt meer doet dan alleen het standaardmodel bevestigen. Het zou cool zijn als we een manier vonden voor de Higgs om, zeggen, massa toevoegen aan andere dingen waarvan we denken dat ze wat massa nodig hebben. Zoals te dunne marinara-sauzen. Alles is mogelijk!

bronnen:

Allain, Rhet. "Wat kunnen we doen met het Higgs-deeltje?" Bedrade. 4 juli, 2012. (21 juli, 2014) http://www.wired.com/2012/07/what-can-we-do-with-the-higgs-boson/
Karel, Sean. "Technologische toepassingen van het Higgs-deeltje." Belachelijk universum. 20 maart, 2012. (21 juli, 2014) http://www.preposterousuniverse.com/blog/2012/03/20/technological-applications-of-the-higgs-boson/
CERN. "Het Higgs-boson." 2014. (21 juli, 2014) http://press.web.cern.ch/backgrounders/higgs-boson
CERN. "CERN en het Higgs-deeltje." 2014. (21 juli, 2014) http://press.web.cern.ch/sites/press.web.cern.ch/files/factsheet-_cern_and_the_higgs_boson.pdf
Jha, Alok. "Een jaar van de vondst van het Higgs-deeltje, heeft de natuurkunde de buffers geraakt?" The Guardian. 6 aug. 2013. (21 juli, 2014) http://www.theguardian.com/science/2013/aug/06/higgs-boson-physics-hits-buffers-discovery
Lincoln, Maffiabaas. "Het Higgs-deeltje of een Higgs-deeltje?" PBS. 15 maart, 2013. (21 juli, 2014) http://www.pbs.org/wgbh/nova/next/physics/higgs-boson-discovered/
man, Adam. "Higgsdeeltje krijgt Nobelprijs, maar natuurkundigen weten nog steeds niet wat het betekent." Bedraad. 8 oktober, 2013. (21 juli, 2014) http://www.wired.com/2013/10/higgs-nobel-physics/
Nasa. "Het elektromagnetische spectrum." 27 maart 2007. (21 juli, 2014) http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/waves3.html
sheriff, Lucy. "Het Higgs-deeltje." ZDNet. 9 juli 2012. (21 juli, 2014) http://www.zdnet.com/the-higgs-boson-why-should-we-care-7000000462/
Sint Jan, Allen. "Het Higgs-boson." Forbes. 9 juli 2012. (21 juli, 2014) http://www.forbes.com/sites/allenstjohn/2012/07/09/the-higgs-boson-what-you-should-know-about-what-it-is-and-what-it- doet/
Het deeltjesavontuur. "Als er geen Higgs was." Het Lawrence Berkeley National Laboratory. (21 juli, 2014) http://www.particleadventure.org/if-there-was-no-higgs.html