بوزون هیگز، ذره مرموز که به ذرات دیگر جرم می دهد، می توانست جهان ما را از فروپاشی حفظ کند. و خواص آن ممکن است سرنخی باشد که ما در یک زندگی می کنیم چندجهانی در مورد جهان های موازی، یک نظریه جدید وحشی پیشنهاد می کند.
این نظریه، که در آن مناطق مختلف جهان مجموعه‌های متفاوتی از قوانین فیزیکی دارند، نشان می‌دهد که تنها جهان‌هایی که بوزون هیگز در آنها کوچک است، زنده می‌مانند.
اگر درست باشد، مدل جدید مستلزم ایجاد ذرات جدید است، که به نوبه خود توضیح می دهد که چرا نیروی قوی - که در نهایت از فروپاشی اتم ها جلوگیری می کند - به نظر می رسد از تقارن های خاصی پیروی می کند. و در طول مسیر، می تواند به آشکار شدن ماهیت ماده تاریک کمک کند - ماده ای گریزان که بیشتر ماده را می سازد.
مربوط: بوزون هیگز چیست؟ ذره خدا توضیح داد
داستان دو هیگز
در سال 2012، برخورددهنده بزرگ هادرون به یک شاهکار واقعاً عظیم دست یافت. این شتاب‌دهنده ذرات زیرزمینی در امتداد مرز فرانسه و سوئیس، برای اولین بار بوزون هیگز را شناسایی کرد، ذره‌ای که دهه‌ها از فیزیکدانان دور مانده بود. بوزون هیگز سنگ بنای مدل استاندارد است. این ذره به ذرات دیگر جرم آنها را می دهد و بین آنها تمایز ایجاد می کند نیروی هسته ای ضعیف و نیروی الکترومغناطیسی
اما با خبرهای خوب بدی هم آمد. هیگز دارای جرمی معادل 125 گیگاالکترون ولت (GeV) بود که مرتبه‌ای کوچکتر از آن چیزی بود که فیزیکدانان تصور می‌کردند.
برای اینکه کاملا واضح باشد، چارچوبی که فیزیکدانان برای توصیف باغ وحش ذرات زیراتمی، معروف به مدل استاندارد استفاده می‌کنند، در واقع مقدار جرم هیگز را پیش‌بینی نمی‌کند. برای اینکه آن نظریه کار کند، عدد باید به صورت تجربی استخراج شود. اما محاسبات پشت پاکت انجام شده توسط فیزیکدانان حدس می زنند که هیگز جرم فوق العاده زیادی خواهد داشت. بنابراین یک بار شامپاین باز شد و جوایز نوبل این سوال مطرح شد: چرا هیگز چنین جرم کمی دارد؟
در یک مشکل دیگر و در ابتدا نامربوط، نیروی قوی دقیقاً همانطور که مدل استاندارد پیش بینی می کند رفتار نمی کند. در ریاضیات که فیزیکدانان برای توصیف فعل و انفعالات پر انرژی از آن استفاده می کنند، تقارن های خاصی وجود دارد. به عنوان مثال، تقارن بار (تغییر همه بارهای الکتریکی در یک برهمکنش و همه چیز یکسان عمل می کند)، تقارن زمان (یک واکنش را به عقب اجرا کنید و آن یکسان است) و تقارن برابری (برهمکنش را برگردانید) وجود دارد. به تصویر آینه اش و همینطور است).
در تمام آزمایشات انجام شده تا به امروز، به نظر می رسد که نیروی قوی از ترکیب اطاعت می کند تقارن از هر دو معکوس شارژ و معکوس برابری. اما ریاضیات نیروی قوی همان تقارن را نشان نمی دهد. هیچ پدیده طبیعی شناخته شده ای نباید این تقارن را اعمال کند، و با این حال به نظر می رسد طبیعت از آن پیروی می کند. چه چیزی می دهد؟
موضوع چندجهانی
یک جفت نظریه‌پرداز، راشل تیتو دآگنولو از کمیسیون انرژی‌های جایگزین و انرژی اتمی فرانسه (CEA) و دانیله ترزی از سرن، فکر کردند که این دو مشکل ممکن است به هم مرتبط باشند. در مقاله ای که در ژانویه برای مجله منتشر شد نامه های بررسی فیزیکی، آنها راه حل خود را برای معماهای دوقلو بیان کردند.
راه حل آنها: جهان به تازگی به این شکل متولد شده است.
آنها ایده ای به نام چندجهانی را مطرح کردند که از نظریه ای به نام تورم زاده شد. تورم این ایده است که در اولین روزهای بیگ بنگ، کیهان ما تحت یک دوره انبساط بسیار زیاد قرار گرفت، که اندازه آن در هر میلیاردم ثانیه دو برابر می شد.
فیزیکدانان دقیقاً مطمئن نیستند که چه چیزی تورم را تقویت کرده یا چگونه کار می کند، اما یک نتیجه از ایده اصلی این است که جهان ما هرگز از تورم متوقف نشده است. در عوض، چیزی که ما آن را «جهان ما» می‌نامیم، تنها یک تکه کوچک از کیهانی بسیار بزرگ‌تر است که دائماً و به سرعت در حال باد کردن است و دائماً از جهان‌های جدید بیرون می‌آید، مانند کف‌های کف آلود در وان حمام.
مناطق مختلف این "چندجهانی" مقادیر متفاوتی از جرم هیگز خواهند داشت. محققان دریافتند که جهان‌هایی با جرم هیگز بزرگ قبل از اینکه فرصتی برای رشد پیدا کنند، به‌طور فاجعه‌باری در حال فروپاشی هستند. فقط مناطقی از چندجهانی که جرم هیگز پایینی دارند زنده می مانند و نرخ انبساط پایداری دارند که منجر به توسعه کهکشان ها، ستاره ها، سیارات و در نهایت برخورد کننده های ذرات پرانرژی می شود.
برای ساختن چندجهانی با جرم های هیگز متفاوت، تیم مجبور شد دو ذره دیگر را وارد ترکیب کند. این ذرات افزوده های جدیدی به مدل استاندارد خواهند بود. فعل و انفعالات این دو ذره جدید، جرم هیگز را در مناطق مختلف جهان چندگانه تعیین می کند.
و آن دو ذره جدید نیز قادر به انجام کارهای دیگری هستند.
وقت تست
ذرات پیشنهادی جدید نیروی قوی را تغییر می‌دهند و به تقارن بار-برابری که در طبیعت وجود دارد منجر می‌شود. آنها بسیار شبیه یک آکسیون عمل می کنند، ذره فرضی دیگری که در تلاش برای توضیح ماهیت نیروی قوی معرفی شده است.
ذرات جدید نیز نقشی محدود به جهان اولیه ندارند. آنها ممکن است هنوز در کیهان کنونی ساکن باشند. اگر یکی از جرم‌های آنها به اندازه کافی کوچک باشد، می‌توانست در آزمایش‌های شتاب‌دهنده ما از تشخیص فرار کند، اما همچنان در فضا شناور است.
به عبارت دیگر، یکی از این ذرات جدید می تواند مسئول ماده تاریک باشد، ماده نامرئی که بیش از 85 درصد از کل ماده جهان را تشکیل می دهد.
این یک پیشنهاد جسورانه است: حل دو مورد از بزرگترین چالش های فیزیک ذرات و همچنین توضیح ماهیت ماده تاریک.
آیا واقعاً یک راه حل می تواند به این سادگی باشد؟ هر چقدر هم که ظریف است، این نظریه هنوز نیاز به آزمایش دارد. این مدل محدوده جرم خاصی را برای ماده تاریک پیش‌بینی می‌کند، چیزی که آزمایش‌های آینده که در جستجوی ماده تاریک هستند، مانند تاسیسات زیرزمینی جستجوی ماده تاریک فوق برودتی، می تواند تعیین کند. همچنین، این نظریه پیش‌بینی می‌کند که نوترون باید یک عدم تقارن کوچک اما بالقوه قابل اندازه‌گیری در بارهای الکتریکی درون نوترون داشته باشد، که تفاوتی با پیش‌بینی‌های مدل استاندارد دارد.
متأسفانه باید مدتی صبر کنیم. هر یک از این اندازه‌گیری‌ها، اگر نگوییم دهه‌ها، سال‌ها طول می‌کشد تا به طور مؤثر ایده جدید را رد کند - یا از آن حمایت کند.
در ابتدا در Live Science منتشر شد.