6 implikasi menemukan partikel Higgs boson

Fisikawan mengumumkan hari ini (14 Maret) bahwa sebuah partikel yang ditemukan tahun lalu di penghancur atom terbesar di dunia adalah Higgs boson, sebuah partikel yang telah lama dicari untuk menjelaskan bagaimana partikel lain mendapatkan massanya.

Ditemukan di Large Hadron Collider (LHC), tempat proton bergerak mengelilingi cincin bawah tanah sepanjang 17 mil di bawah Swiss dan Prancis dengan kecepatan hampir sama dengan kecepatan cahaya, partikel Higgs boson adalah potongan teka-teki terakhir yang belum ditemukan yang diprediksi oleh Model Standarteori fisika partikel yang berlaku.

Mengonfirmasi keberadaan Higgs boson, kata para fisikawan, akan memiliki implikasi yang luas. Berikut enam konsekuensi terbesarnya:

1. Asal usul massa
Higgs boson telah lama dianggap sebagai kunci untuk memecahkan misteri asal usul massa. Itu Higgs boson dikaitkan dengan suatu medan, yang disebut medan Higgs, yang diteorikan menembus alam semesta. Saat partikel lain bergerak melalui medan ini, mereka memperoleh massa seperti halnya perenang yang bergerak melalui kolam renang menjadi basah, demikian pemikiran tersebut.

(tanda kutip)

“Mekanisme Higgs adalah hal yang memungkinkan kita memahami bagaimana partikel memperoleh massa,” kata Joao Guimaraes da Costa, fisikawan di Universitas Harvard yang merupakan Standard Model Convener di eksperimen ATLAS LHC, ketika penemuan itu terjadi diumumkan. “Jika tidak ada mekanisme seperti itu, semuanya akan menjadi tidak bermassa.”

Mengonfirmasi bahwa partikel tersebut adalah Higgs juga akan mengkonfirmasi bahwa mekanisme Higgs yang membuat partikel memperoleh massa adalah benar. “Penemuan ini didasarkan pada pengetahuan tentang bagaimana massa muncul pada tingkat kuantum, dan merupakan alasan kami membangun LHC. Ini merupakan pencapaian yang tak tertandingi,” kata profesor fisika Caltech Maria Spiropulu, salah satu pemimpin eksperimen CMS pernyataan tahun lalu. (Galeri: Cari Higgs boson)

Dan hal ini dapat memberikan petunjuk untuk teka-teki berikutnya, itulah sebabnya setiap partikel memiliki massa yang sama. “Ini bisa menjadi bagian dari teori yang jauh lebih besar,” kata fisikawan partikel dari Universitas Harvard, Lisa Randall. “Mengetahui apa itu Higgs boson adalah langkah pertama untuk mengetahui lebih banyak tentang teori tersebut. Ini ada hubungannya.”

2. Model Standar
Itu Model Standar adalah teori fisika partikel yang menjelaskan konstituen alam semesta yang sangat kecil. Setiap partikel yang diprediksi oleh Model Standar telah ditemukan – kecuali satu: boson Higgs.

“Ini adalah bagian yang hilang dalam Model Standar,” Jonas Strandberg, peneliti di CERN yang mengerjakan eksperimen ATLAS, mengatakan tentang pengumuman partikel tahun lalu. “Jadi ini pasti akan menjadi konfirmasi bahwa teori yang kita miliki saat ini benar.”

Sejauh ini, Higgs boson tampaknya konsisten dengan prediksi Model Standar. Meski begitu, Model Standar itu sendiri dianggap belum lengkap. Misalnya saja, hal ini tidak mencakup gravitasi dan tidak menyisakan materi gelap, yang diperkirakan merupakan 98 persen dari seluruh materi di alam semesta. (6 Fakta Aneh Tentang Gravitasi)

“Bukti nyata bahwa partikel baru tersebut adalah Model Standar Higgs boson masih belum melengkapi pemahaman kita tentang alam semesta,” kata Patty McBride, kepala Pusat CMS di Fermilab, dalam pernyataannya hari ini (14 Maret). “Kita masih belum memahami mengapa gravitasi begitu lemah dan kita masih harus menghadapi misteri materi gelap. Namun, merupakan hal yang memuaskan untuk selangkah lebih dekat dalam memvalidasi teori berusia 48 tahun.”

3. Gaya elektrolemah
Konfirmasi Higgs juga membantu menjelaskan bagaimana dua gaya fundamental alam semesta – gaya elektromagnetik yang mengatur interaksi antara partikel bermuatan, dan gaya lemah yang bertanggung jawab atas peluruhan radioaktif – dapat disatukan. (9 Teka-teki Fisika yang Belum Terpecahkan)

Setiap kekuatan di alam dikaitkan dengan sebuah partikel. Partikel yang terkait dengan elektromagnetisme adalah foton, partikel kecil tak bermassa. Gaya lemah dikaitkan dengan partikel yang disebut boson W dan Z, yang berukuran sangat masif.

Mekanisme Higgs dianggap bertanggung jawab atas hal ini.

“Jika Anda memperkenalkan medan Higgs, boson W dan Z bercampur dengan medan tersebut, dan melalui pencampuran ini mereka memperoleh massa,” kata Strandberg. “Ini menjelaskan mengapa boson W dan Z memiliki massa, dan juga menyatukan gaya elektromagnetik dan gaya lemah menjadi gaya elektrolemah.”

Meskipun bukti-bukti lain telah membantu menahan penyatuan kedua kekuatan ini, penemuan Higgs mungkin bisa memastikan kesepakatan tersebut.

4. Supersimetri
Teorinya supersimetri juga dipengaruhi oleh penemuan Higgs. Gagasan ini menunjukkan bahwa setiap partikel yang diketahui memiliki partikel “superpartner” dengan sifat yang sedikit berbeda.

Supersimetri menarik karena dapat membantu menyatukan beberapa kekuatan alam lainnya, dan bahkan menyediakan calon partikel asal usulnya. materi gelap. Namun sejauh ini, para ilmuwan hanya menemukan indikasi adanya boson Model Standar Higgs, tanpa petunjuk kuat mengenai partikel supersimetris.

5. Validasi LHC
Itu Penumbuk Hadron Besar adalah akselerator partikel terbesar di dunia. Ini dibangun dengan biaya sekitar $10 miliar oleh Organisasi Penelitian Nuklir Eropa (CERN) untuk menyelidiki energi yang lebih tinggi daripada yang pernah dicapai di Bumi. Menemukan Higgs boson disebut-sebut sebagai salah satu tujuan terbesar mesin ini.

Temuan baru yang diumumkan ini memberikan validasi besar bagi LHC dan para ilmuwan yang telah bekerja dalam pencarian selama bertahun-tahun.

“Penemuan ini didasarkan pada pengetahuan tentang bagaimana massa muncul pada tingkat kuantum, dan merupakan alasan kami membangun LHC. Ini merupakan pencapaian yang tak tertandingi,” kata Spiropulu dalam sebuah pernyataan tahun lalu. “Lebih dari satu generasi ilmuwan telah menunggu momen ini dan fisikawan partikel, insinyur dan teknisi di universitas dan laboratorium di seluruh dunia telah bekerja selama beberapa dekade untuk mencapai titik krusial ini. Ini adalah momen penting bagi kita untuk berhenti sejenak dan merefleksikan keseriusan penemuan ini, serta momen dengan intensitas luar biasa untuk melanjutkan pengumpulan dan analisis data.”

Penemuan Higgs juga mempunyai implikasi besar bagi ilmuwan Peter Higgs dan rekan-rekannya yang pertama kali mengusulkan mekanisme Higgs pada tahun 1964. Temuan ini juga memberikan pencerahan simbolis pada nama boson, mendiang fisikawan dan matematikawan India Satyendranath Bose, yang bersama dengan Albert Einstein, membantu mendefinisikan boson. Sebuah kelas partikel elementerboson (termasuk gluon dan graviton) memediasi interaksi antara fermion (termasuk kuark, elektron, dan neutrino), kelompok lain yang merupakan bahan penyusun alam semesta.

6. Apakah alam semesta akan hancur?
Penemuan Higgs boson membuka pintu bagi perhitungan baru yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan, kata para ilmuwan, termasuk perhitungan yang menyarankan alam semesta berada dalam bencana miliaran tahun dari sekarang.

Massa Higgs boson adalah bagian penting dari perhitungan yang masa depan ruang dan waktu. Dengan massa sekitar 126 kali massa proton, Higgs setara dengan apa yang diperlukan untuk menciptakan alam semesta yang secara fundamental tidak stabil dan akan menyebabkan bencana miliaran tahun dari sekarang.

“Perhitungan ini memberi tahu Anda bahwa puluhan miliar tahun dari sekarang akan terjadi bencana,” Joseph Lykken, fisikawan teoritis di Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, Illinois, mengatakan bulan lalu pada pertemuan tahunan American Association for Kemajuan Ilmu Pengetahuan.

“Bisa jadi alam semesta yang kita tinggali pada dasarnya tidak stabil, dan suatu saat miliaran tahun dari sekarang semuanya akan musnah,” tambah Lykken, kolaborator eksperimen CMS.

Hak Cipta 2013 Ilmu HidupSebuah perusahaan TechMediaNetwork. Semua hak dilindungi undang-undang. Materi ini tidak boleh dipublikasikan, disiarkan, ditulis ulang, atau didistribusikan ulang.