Weird 'Techni-Quarks' Maj Lurker Inde Higgs Boson Particle

{h1}

Teorier har længe forudsagt eksistensen af ​​teensy partikler, der kan udgøre higgs bosonen, og forskning tyder på, at sådanne teknikker falder i universet.

Opdateret 4. april kl. 10:51 a.m. ET.

Higgs bosonen - en partikel troede at forklare, hvordan andre partikler får deres masse - er lille, men det er måske ikke den mindste partikel endnu. Teorier har længe forudset eksistensen af ​​endnu mindre partikler, der kan udgøre Higgs, og nyere forskning tyder på, at disse pip-squeaks, dubbed techniquarks, sandsynligvis lurer i universet.

Det vil dog tage opgraderingen af ​​Large Hadron Collider (LHC) - verdens mest kraftfulde partikelaccelerator - eller den næste generation af collider til at spore disse Higgs-komponenter, siger Thomas Ryttov, en partikelfysiker ved Syddansk Universitet.

"Vi har nailed det til kun få teorier, der har de rigtige egenskaber og egenskaber til at forklare Higgs-partiklen og Higgs-mekanismen," sagde Ryttov.

Higgs boson blev opdaget i 2012 på Large Hadron Collider i CERN, i Schweiz. Forskere Peter Higgs, fra Det Forenede Kongerige og Francois Englert fra Belgien - som begge arbejdede på teorien om Higgs - modtog 2013 Nobelprisen for fysik til deres forskning. [Beyond Higgs: 5 Elusive Particles That May Lurk In The Universe]

Naturalness problem

Men der er et problem med kun en enkelt fundamental Higgs.

Denne partikel skal forklare, hvorfor de mest grundlæggende byggesten af ​​materiel har masse. Vakuumet - som fysikere forstår det gennem kvantefeltteorien, er den matematiske teori, som alle resultater i partikelfysik er baseret på, ikke tom, men består af en lang række usynlige "virtuelle" partikler, der konstant kommer ind og ude af eksistens. Virtuelle parpartikler er skabt og derefter hurtigt udslettet.

Når Higgs-partikler passerer gennem vakuumet, skal de interagere med alle disse virtuelle partikler, mens de i øjeblikket øger deres egen masse til store værdier - omkring 100 millioner milliarder gange større end den, der måles ved LHC. Derfor bør deres masse sammenlignes med det såkaldte Planck-massen, som er den grundlæggende enhed af masse i systemet af Planck-enheder, svarende til 2,18 × 10-8 kg.

"Spørgsmålet er, hvorfor Higgs 'målte masse er så meget lettere end Planck-massen," sagde Ryttov. "Dette er netop problemet."

For at denne masseforøgelse ikke skal ske, kræver den regerende teori om partikelfysik - kaldet standardmodellen - en høj grad af finjustering for at korrigere for forskellene i den målte Higgs masse og den såkaldte "bare masse" eller den tungere masse.

Dette behov for finjustering er kendt som naturlighedsproblemet - "en torn i øje med teoretiske partikelfysikere", sagde Ryttov. "Teorien er ikke så smuk og elegant som vi ville forvente af en teori, der i princippet skulle beskrive alt materiale på det mest grundlæggende niveau. Standardmodellen har brug for en enorm finjustering," tilføjede han.

For at fjerne behovet for finjustering og stadig svare på Higgs-masseproblemet har fysikere foreslået udvidelser af standardmodellen, hvoraf den mest populære er supersymmetri. Denne teori foreslår en tungere superpartikel, eller "spartikel", for hver partikel i standardmodellen. Spartikler ville derefter annullere effekten af ​​de virtuelle partikler i vakuumet, bringe Higgs massen ned og fjerne behovet for finjustering.

Ingen af ​​disse hypotetiske supersymmetriske partikler er blevet observeret hidtil.

Går mindre

Men der er mange teoretiske indikationer på, at Higgs-partiklen kunne være sammensat - lavet af nogle andre, mindre partikler, kaldet technikquarks, sagde Ryttov. "Problemet fordampes, hvis Higgs-partiklen er sammensat af mindre natursten, der binder sammen via en ny kraft - technicolor-kraften - for at danne Higgs, svarende til kvarker bindende sammen for at danne protoner og neutroner," sagde han.

Her er hvordan teknikkerne løser masseproblemet: Der kræves store korrektioner af massen af ​​Higgs i standardmodellen, fordi den skal være en fundamental partikel - med andre ord ikke noget andet - med forsvinder eller nul, spin. [Wacky Physics: De fedeste små partikler i naturen]

Tekniske kvarker er partikler med et halvt spin, sagde Ryttov, så ved at kombinere to tekniske kvarker er det muligt at lave en sammensat partikel med forsvindende spin, såsom Higgs. "Det viser sig, at teorier med kun tekniske kvarker ikke har noget naturproblem," sagde Ryttov.

Idéen om teknikker har eksisteret siden slutningen af ​​1970'erne, men for nylig har der været flere vigtige udviklinger og forbedringer af de oprindelige modeller.

I deres seneste papir, der er detaljeret på prepublish-webstedet, har Arxiv, Ryttov og hans kolleger endnu engang fremhævet, at Higgs skal have en indre struktur, der nipper ned en håndfuld teorier, der "har de rigtige egenskaber til at løse problemet med finjustering i Standardmodellen og bringe den subatomære verden igen i harmoni igen, "sagde forskerne.

For at gøre det har Ryttov undersøgt en række teorier, der beskæftiger sig med en sammensat Higgs, for at se om der kan være svage sider i dem, der er blevet overset.Men "De alle kom ud stærke, hvilket tyder på, at der kunne være noget rigtigt om en Higgs lavet af endnu flere byggesten", sagde han.

Forståelse af mørkt materiale

Den teoretiske fysiker Kimmo Tuominen fra Helsingfors Universitet i Finland, som ikke var involveret i Ryttovs arbejde, sagde, at den danske fysikers papir styrket grundlaget for de tidligere modeller og øgede deres appel som en beskrivelse af naturen.

Og selvom Higgs 'indre struktur stadig er spekulativ, forbliver technikquarks en levedygtig mulighed, der bør undersøges grundigt "i fremtidige eksperimenter, fortalte han WordsSideKick.com.

Når LHC'en er vågnet i 2015 efter sin lur under en teknisk opgradering, vil den være i stand til at operere ved en maksimal kollisionsenergi på 14 tera-elektronvolt (TeV) - og at undersøge naturen af ​​Higgs-partiklen i detaljer vil være en af colliderens hovedmål.

"At samle flere data ved højere kollisionsenergier vil give os mulighed for at teste technicolor modeller yderligere," sagde Tuominen. "Hvis det blev opdaget, at Higgs-partiklen er sammensat af mere elementære bestanddele, ville det betyde, at der er en ny grundlæggende kraft, og disse teorier kunne så også give forståelse for mørkt stof."

Redaktørens note: Denne artikel blev opdateret for at tilføje et minustegn til overordnet af Planck-massen.

Følg os @wordssidekick, Facebook& Google+. Originalartikel om WordsSideKick.com. Følg forfatteren på Twitter @SciTech_Cat.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com