Secara sederhana, Higgs boson adalah partikel paling mahal sepanjang masa. Jika, misalnya, sebuah tabung hampa udara dan sepasang pemikir brilian cukup untuk menemukan elektron, pencarian boson Higgs membutuhkan penciptaan energi eksperimental, yang jarang ditemukan di Bumi. Large Hadron Collider tidak perlu diperkenalkan, menjadi salah satu eksperimen ilmiah paling terkenal dan sukses, tetapi partikel profilnya, seperti sebelumnya, diselimuti misteri bagi sebagian besar populasi. Itu disebut partikel Tuhan, namun, berkat upaya ribuan ilmuwan, kita tidak lagi harus menerima keberadaannya dengan keyakinan.
Terakhir tidak diketahui
Apa itu Higgs boson dan apa pentingnya penemuannya? Mengapa itu menjadi subyek dari begitu banyak hype, pendanaan, dan informasi yang salah? Karena dua alasan. Pertama, itu adalah partikel terakhir yang belum ditemukan yang diperlukan untuk mengkonfirmasi Model Standar fisika. Penemuannya berarti bahwa seluruh generasi publikasi ilmiah tidak sia-sia. Kedua, boson ini memberi partikel lain massanya, yang memberinya arti khusus dan semacam "keajaiban". Kita cenderung berpikir tentangmassa sebagai properti intrinsik dari hal-hal, tetapi fisikawan berpikir sebaliknya. Secara sederhana, Higgs boson adalah partikel yang pada prinsipnya tidak memiliki massa.
Satu bidang lagi
Alasannya terletak pada apa yang disebut medan Higgs. Itu dijelaskan bahkan sebelum Higgs boson, karena fisikawan menghitungnya untuk kebutuhan teori dan pengamatan mereka sendiri, yang membutuhkan kehadiran medan baru, yang tindakannya akan meluas ke seluruh Semesta. Memperkuat hipotesis dengan menciptakan komponen baru alam semesta adalah berbahaya. Di masa lalu, misalnya, ini mengarah pada penciptaan teori eter. Tetapi semakin banyak perhitungan matematis yang dibuat, semakin banyak fisikawan yang memahami bahwa medan Higgs pasti ada dalam kenyataan. Satu-satunya masalah adalah kurangnya sarana praktis untuk mengamatinya.
Dalam Fisika Model Standar, partikel elementer memperoleh massa melalui mekanisme yang didasarkan pada keberadaan medan Higgs yang menembus semua ruang. Ini menciptakan boson Higgs, yang membutuhkan banyak energi, dan inilah alasan utama mengapa para ilmuwan membutuhkan akselerator partikel modern untuk melakukan eksperimen berenergi tinggi.
Dari mana massa berasal?
Kekuatan interaksi nuklir lemah dengan cepat berkurang dengan bertambahnya jarak. Menurut teori medan kuantum, ini berarti bahwa partikel yang terlibat dalam penciptaannya - boson W dan Z - harus memiliki massa, tidak seperti gluon dan foton, yang tidak memiliki massa.
Masalahnya adalah teori pengukur hanya berurusan dengan elemen tak bermassa. Jika boson pengukur memiliki massa, maka hipotesis seperti itu tidak dapat didefinisikan secara masuk akal. Mekanisme Higgs menghindari masalah ini dengan memperkenalkan medan baru yang disebut medan Higgs. Pada energi tinggi, boson pengukur tidak memiliki massa, dan hipotesis bekerja seperti yang diharapkan. Pada energi rendah, medan menyebabkan kerusakan simetri yang memungkinkan elemen memiliki massa.
Apa itu Higgs boson?
Bidang Higgs menghasilkan partikel yang disebut boson Higgs. Massa mereka tidak ditentukan oleh teori, tetapi sebagai hasil percobaan, ditentukan bahwa itu sama dengan 125 GeV. Secara sederhana, Higgs boson telah secara definitif mengkonfirmasi Model Standar dengan keberadaannya.
Mekanisme, medan, dan boson menyandang nama ilmuwan Skotlandia Peter Higgs. Meskipun dia bukan orang pertama yang mengusulkan konsep-konsep ini, tetapi, seperti yang sering terjadi dalam fisika, dialah yang secara kebetulan dinamai demikian.
simetri rusak
Medan Higgs dianggap bertanggung jawab atas fakta bahwa partikel yang seharusnya tidak bermassa melakukannya. Ini adalah media universal yang memberikan partikel tak bermassa dengan massa yang berbeda. Pelanggaran simetri seperti itu dijelaskan dengan analogi dengan cahaya - semua panjang gelombang bergerak dalam ruang hampa dengan kecepatan yang sama, sedangkan dalam prisma setiap panjang gelombang dapat dibedakan. Ini, tentu saja, analogi yang salah, karena cahaya putih mengandung semua panjang gelombang, tetapi contoh menunjukkan bagaimanapenciptaan massa oleh medan Higgs tampaknya disebabkan oleh pemutusan simetri. Sebuah prisma memecah simetri kecepatan panjang gelombang cahaya yang berbeda dengan memisahkannya, dan medan Higgs dianggap mematahkan simetri massa beberapa partikel yang tidak bermassa simetris.
Bagaimana menjelaskan Higgs boson secara sederhana? Baru-baru ini fisikawan menyadari bahwa jika medan Higgs benar-benar ada, operasinya akan membutuhkan keberadaan pembawa yang sesuai dengan sifat-sifat yang dapat diamati. Diasumsikan bahwa partikel ini milik boson. Secara sederhana, Higgs boson adalah apa yang disebut gaya pembawa, sama seperti foton, yang merupakan pembawa medan elektromagnetik Semesta. Foton, dalam arti tertentu, adalah eksitasi lokalnya, seperti halnya Higgs boson adalah eksitasi lokal dari medannya. Membuktikan keberadaan partikel dengan sifat-sifat yang diharapkan oleh fisikawan sebenarnya sama saja dengan membuktikan keberadaan medan secara langsung.
Percobaan
Perencanaan selama bertahun-tahun telah memungkinkan Large Hadron Collider (LHC) menjadi bukti potensi penyangkalan teori Higgs boson. Sebuah cincin elektromagnet super-kuat sepanjang 27 km dapat mempercepat partikel bermuatan hingga kecepatan cahaya yang signifikan, menyebabkan tabrakan yang cukup kuat untuk memisahkannya menjadi komponen-komponennya, serta merusak ruang di sekitar titik tumbukan. Menurut perhitungan, pada energi tumbukan pada tingkat yang cukup tinggi, adalah mungkin untuk mengisi boson sehingga meluruh, dan ini dapat menjadiakan menonton. Energi ini begitu besar sehingga beberapa orang bahkan panik dan meramalkan akhir dunia, dan fantasi orang lain pergi begitu jauh sehingga penemuan boson Higgs digambarkan sebagai kesempatan untuk melihat ke dimensi alternatif.
Konfirmasi akhir
Pengamatan awal tampaknya benar-benar menyangkal prediksi, dan tidak ada tanda-tanda partikel yang dapat ditemukan. Beberapa peneliti yang terlibat dalam kampanye untuk menghabiskan miliaran dolar bahkan muncul di televisi dan dengan lemah lembut menyatakan fakta bahwa menyangkal teori ilmiah sama pentingnya dengan membenarkannya. Namun, setelah beberapa waktu, pengukuran mulai menambah gambaran besar, dan pada 14 Maret 2013, CERN secara resmi mengumumkan konfirmasi keberadaan partikel tersebut. Ada bukti yang menunjukkan keberadaan banyak boson, tetapi gagasan ini perlu dipelajari lebih lanjut.
Dua tahun setelah CERN mengumumkan penemuan partikel tersebut, para ilmuwan yang bekerja di Large Hadron Collider dapat memastikannya. Di satu sisi, ini adalah kemenangan besar bagi sains, dan di sisi lain, banyak ilmuwan kecewa. Jika ada yang berharap bahwa Higgs boson akan menjadi partikel yang akan mengarah ke daerah aneh dan indah di luar Model Standar - supersimetri, materi gelap, energi gelap - maka, sayangnya, ternyata tidak demikian.
Sebuah studi yang diterbitkan di Nature Physics telah mengkonfirmasi pembusukan menjadi fermion. Model Standar memprediksi bahwa, secara sederhana, bosonHiggs adalah partikel yang memberikan fermion massa mereka. Detektor Collider CMS akhirnya mengkonfirmasi peluruhannya menjadi fermion - down quark dan tau lepton.
Higgs boson secara sederhana: apa itu?
Studi ini akhirnya mengkonfirmasi bahwa ini adalah Higgs boson yang diprediksi oleh Model Standar fisika partikel. Itu terletak di wilayah energi massa 125 GeV, tidak berputar, dan dapat meluruh menjadi banyak elemen yang lebih ringan - pasangan foton, fermion, dll. Berkat ini, kita dapat dengan yakin mengatakan bahwa Higgs boson, secara sederhana, adalah partikel yang memberi massa pada segala sesuatu.
Kecewa dengan perilaku default elemen yang baru dibuka. Jika pembusukannya bahkan sedikit berbeda, itu akan terkait dengan fermion secara berbeda, dan jalan penelitian baru akan muncul. Di sisi lain, ini berarti bahwa kita tidak bergerak satu langkah pun melampaui Model Standar, yang tidak memperhitungkan gravitasi, energi gelap, materi gelap, dan fenomena realitas aneh lainnya.
Sekarang kita hanya bisa menebak apa yang menyebabkannya. Teori yang paling populer adalah supersimetri, yang menyatakan bahwa setiap partikel dalam Model Standar memiliki pasangan super yang sangat berat (sehingga membentuk 23% alam semesta - materi gelap). Meng-upgrade Collider, menggandakan energi tumbukan menjadi 13 TeV, kemungkinan akan memungkinkan untuk mendeteksi superpartikel ini. Jika tidak, supersimetri harus menunggu pembangunan penerus LHC yang lebih kuat.
Prospek lebih lanjut
Jadi seperti apa fisika setelah Higgs boson? LHC baru-baru ini melanjutkan pekerjaannya dengan peningkatan yang signifikan dan mampu melihat segala sesuatu mulai dari antimateri hingga energi gelap. Diyakini bahwa materi gelap berinteraksi dengan materi biasa hanya melalui gravitasi dan melalui penciptaan massa, dan pentingnya Higgs boson adalah kunci untuk memahami dengan tepat bagaimana hal ini terjadi. Kelemahan utama Model Standar adalah tidak dapat menjelaskan efek gravitasi - model semacam itu dapat disebut Grand Unified Theory - dan beberapa orang percaya bahwa partikel dan medan Higgs dapat menjadi jembatan yang sangat ingin ditemukan oleh fisikawan.
Keberadaan Higgs boson telah dikonfirmasi, tetapi pemahaman penuhnya masih sangat jauh. Akankah eksperimen di masa depan menyangkal supersimetri dan gagasan penguraiannya menjadi materi gelap itu sendiri? Atau akankah mereka mengkonfirmasi setiap detail terakhir dari prediksi Model Standar tentang sifat-sifat Higgs boson dan mengakhiri bidang penelitian ini selamanya?
