Higgs-bozon: a fizika Szent Gráljának nyomában
A Standard Modell utolsó hiányzó eleme, a Higgs-bozon felfedezése 2012-ben az LHC-nál jelentős mérföldkő volt a részecskefizikában. A Higgs-részecske létezését már az 1960-as években megjósolták, és megtalálása teljessé tette az elemi részecskék családját. Azonban a Higgs-bozon felfedezése és tulajdonságainak mérése nem zárta le teljesen a történetét. Egy még mélyebb rejtély vár megoldásra, amihez éppen a Higgs-részecske adhatja meg a kulcsot.
A béta-bomlás problémája és a gyenge kölcsönhatás
A béta-bomlás létezésének megmagyarázásához fel kellett tételezni egy új erőt (a gyenge magerőt) és egy új részecskét is: a W-bozont, aminek jóval nehezebbnek kell lennie mind a protonnál, mind a neutronnál, hogy a számok összepasszoljanak. Ez furcsának tűnt az elméleti fizikusok számára, mert az addigi tudásunk szerint az erőket közvetítő részecskéknek (a bozonoknak) tömeg nélkülieknek kellett lenniük.A Higgs-mechanizmus ereje
A Higgs-mechanizmus lényege, hogy amikor az Univerzum lehűl az elektrogyenge fázisátalakulás során, a Higgs-mező négy szabadsági fokából három spontán sérül. Ez normális esetben Goldstone-bozonok megjelenéséhez vezetne, de mivel ezeknek a Goldstone-bozonoknak ugyanazok a kvantumszámaik, mint az elektrogyenge mező három "irányának", összekeverednek, és hatalmas tömeget kapnak. Az elektrogyenge tér azon komponensei, amelyek nem keverednek a Goldstone-bozonokkal, a tömegtelen fotont alkotják, míg a Higgs-szimmetriasértésből megmaradó szabadsági fok egy új skaláris részecskévé válik: a masszív Higgs-bozonná.A Higgs-mező szimmetriasértése
A szimmetriasértés kétféleképpen mehet végbe: 1. A "hegy" lehet sima és folytonos, hamis minimumok nélkül, ahogy a golyó legurulhat rajta. 2. Vagy a hegynek lehet legalább egy további pontja, ahol a leguruló golyó "csapdába eshet" a völgy legmélyebb pontján kívül: legalább egy "hamis minimummal". Mindkét esetben spontán sérülhet a szimmetria, Goldstone-bozonok keletkeznek, és a W, Z bozonok, valamint a Higgs-bozon is nagy tömegre tesz szert, miközben a foton tömegtelen marad. De ha van egy másik részecske, részecskék egy csoportja vagy a fizika egy új szektora, amely kölcsönhat a Higgs-bozonnal vagy keveredik a Higgs-mezővel, akkor a Higgs-mező szimmetriasértése lehet első- és nem másodrendű fázisátmenet: hamis minimummal, ahonnan csak alagúteffektussal lehet eljutni a valódi vákuumállapotba.Elektrogyenge bariongenezis
Ha létezik egy elektrogyenge skálájú szingulett skalármező, amely például egy kompozit Higgs-modellből vagy egy több Higgs-dublettből álló modellből származik, akkor a Higgs-szimmetriát sértő mechanizmus lehet elsőrendű, nem pedig másodrendű. Ebben a forgatókönyvben a Higgs-mező a szimmetriasértés során a tér különböző tartományaiban különböző értékeket vehet fel, erős egyensúlytól távoli feltételeket teremtve. A C-sértés és a CP-sértés típusától függően elegendő barionszám-sértő kölcsönhatás lehet a megfigyelt anyag-antianyag aszimmetria teljes megmagyarázásához, és lehetnek olyan jelzések is, amelyekre a jelenlegi gyorsítók, például az LHC érzékenyek.Hogyan deríthetjük ki?
Nemcsak közvetlen bizonyítékok, például alapvetően új részecskék létrehozása révén tárulhat fel az új fizika. Kereshetjük azokat a részecske-jelzéseket, amelyeknek létezniük kellene, ha vannak extra részecskék, amelyek a Higgshez kapcsolódnak és keverednek vele. Kapcsolódó jeleket kereshetünk a gravitációs hullám detektorokban. Hatalmas mennyiségű Higgs-bozont hozhatunk létre, és kereshetünk bármilyen jelet, amely eltér a Standard Modell tiszta jóslataitól. És még relativisztikus kvark-gluon plazmát is létrehozhatunk elegendően nagy energiákon, hogy közvetlenül olyan reakciókat próbáljunk létrehozni, amelyek végül is közvetlenül sértik a barionszámot. Annak ellenére, hogy már sokat tudunk a Higgsről és az elektrogyenge skálájú fizikáról, még nem tudjuk biztosan, hogy az elektrogyenge fázisátmenet első- vagy másodrendű-e. A fizika egyik legnagyobb nyitott kérdése lehet elérhető közelségben, ha a természet kegyes hozzánk. Az emberiség iránti kötelességünk és saját kíváncsiságunk miatt is a lehető legalaposabban kell kivizsgálnunk ezt a hozzáférhető utat.(Eredeti cikk: bigthink.com)
