Σημείωση του συντάκτη: Στις 8 Οκτωβρίου 2013, ο Peter Higgs και ο Francois Englert κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το έργο τους στο μποζόνιο Higgs. Παρακάτω, ο επιστημονικός μας αρθρογράφος Brian Greene εξηγεί την επιστήμη πίσω από την ανακάλυψη.
Από αυτή την ιστορία
[×] ΚΛΕΙΣΤΕ
Ο ανιχνευτής ATLAS, ένα από τα δύο πειράματα για να εντοπίσει το φευγαλέο μποζόνιο Higgs σε σωματικές διαταραχές στο Large Hadron Collider του CERN, ζυγίζει όσο εκατό 747 αεριωθούμενα και σπίτια πάνω από 1.800 μίλια καλωδίου. (Claudia Marcelloni / CERN) 
Το ηλεκτρομαγνητικό σύστημα Compact Muon στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων συλλαμβάνει σωματίδια στην πράξη. (Michael Hoch / CERN) 
Πίσω στο σχέδιο: Ο φυσικός Peter Higgs σκαρώνει τη διάσημη εξίσωση του που περιγράφει την πηγή της μάζας των σωματιδίων. Θα χρειαζόταν μισό αιώνα για να αποδειχθεί αλήθεια. (Stuart Wallace / Νέα Splash / Newscom) 
Η ομάδα συνεργάζεται με τον ανιχνευτή ATLAS, ένα από τα δύο πειράματα για να εντοπίσει το φευγαλέο μποζόνιο Higgs σε smashups σωματιδίων. (Claudia Marcelloni / CERN) 
Πριν από την εγκατάσταση, τμήματα του ανιχνευτή CMS έζησαν σε μια αίθουσα καθαρισμού στο CERN. (Maximilien Brice, Michael Hoch, Joseph Gobin / CERN) 
Ο μαγνήτης στον ανιχνευτή CMS παράγει ένα μαγνητικό πεδίο 100.000 φορές πιο ισχυρό από το γήινο. (Gobin / CERN) 
Ένα κοντινό πλάνο του ανιχνευτή CMS - ένα από τα δύο πειράματα για την ανίχνευση υπογραφών του μποζονίου Higgs. (Gobin / CERN) 
Αν και το μποζόνιο Higgs εμφανίζεται πολύ σύντομα για να ανιχνευθεί άμεσα, οι φυσικοί του CMS μπορούν να συμπεράνουν την ύπαρξή του μελετώντας τα ντους των σωματιδίων που αποχώρησαν μετά από συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων. (Τ. McCauley, L. Taylor / CERN) 
Φωτογραφίες
σχετικό περιεχόμενο
- Η τέχνη και η επιστήμη συγκρούονται στην ανακάλυψη του βόσγχρου Higgs
Μια διάσημη ιστορία στα ανιχνεύματα της φυσικής λέει για έναν πεντάχρονο Albert Einstein, άρρωστο στο κρεβάτι, που έλαβε μια πυξίδα παιχνιδιών από τον πατέρα του. Το αγόρι ήταν τόσο αμήχανα και γοητευμένος από τις αόρατες δυνάμεις στην εργασία, ανακατεύοντας τη βελόνα της πυξίδας για να δείξει βόρεια όποτε η θέση ανάπαυσης διαταράχθηκε. Αυτή η εμπειρία, ο Αϊνστάιν αργότερα θα πει, τον έπεισε ότι υπήρχε μια βαθιά κρυμμένη τάξη στη φύση και τον ώθησε να περάσει τη ζωή του προσπαθώντας να το αποκαλύψει.
Παρόλο που η ιστορία είναι περισσότερο από έναν αιώνα παλιά, το αίνιγμα του νέου Αϊνστάιν αντιμετώπισε τις απόψεις του με ένα βασικό θέμα στη σύγχρονη φυσική, που είναι απαραίτητο για το σημαντικότερο πειραματικό επίτευγμα στον τομέα των τελευταίων 50 ετών: την ανακάλυψη, πριν από ένα χρόνο τον Ιούλιο, του μποζονίου Higgs.
ΑΣΕ με να εξηγήσω.
Η επιστήμη γενικά, και ειδικότερα η φυσική, αναζητούν πρότυπα. Τεντώστε δύο φορές την άνοιξη και αισθανθείτε δύο φορές την αντίσταση. Ενα σχέδιο. Αυξήστε την ένταση που καταλαμβάνει ένα αντικείμενο διατηρώντας σταθερή τη μάζα του και όσο ψηλότερα επιπλέει στο νερό. Ενα σχέδιο. Παρατηρώντας προσεκτικά τα πρότυπα, οι ερευνητές αποκαλύπτουν φυσικούς νόμους που μπορούν να εκφραστούν στη γλώσσα των μαθηματικών εξισώσεων.
Ένα σαφές μοτίβο είναι επίσης εμφανές στην περίπτωση μιας πυξίδας: Μετακινήστε το και τα σημεία βελόνας βόρεια πάλι. Μπορώ να φανταστώ ότι ένας νέος Αϊνστάιν σκέφτεται ότι πρέπει να υπάρχει ένας γενικός νόμος ο οποίος ορίζει ότι οι αιωρούμενες μεταλλικές βελόνες πιέζονται προς βορρά. Αλλά κανένας τέτοιος νόμος δεν υπάρχει. Όταν υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο σε μια περιοχή, ορισμένα μεταλλικά αντικείμενα βιώνουν μια δύναμη που τα ευθυγραμμίζει κατά μήκος της κατεύθυνσης του πεδίου, όποια και αν είναι αυτή η κατεύθυνση. Και το μαγνητικό πεδίο της Γης συμβαίνει να δείχνει προς βορρά.
Το παράδειγμα είναι απλό, αλλά το μάθημα είναι βαθύ. Τα μοτίβα της φύσης αντανακλούν μερικές φορές δύο συνυφασμένα χαρακτηριστικά: θεμελιώδεις φυσικούς νόμους και περιβαλλοντικές επιρροές. Είναι η έκδοση της φύσης έναντι της φύσης. Στην περίπτωση μιας πυξίδας, η απομάκρυνση των δύο δεν είναι δύσκολη. Με το χειρισμό του με ένα μαγνήτη, ολοκληρώνετε εύκολα τον προσανατολισμό του μαγνήτη καθορίζει την κατεύθυνση της βελόνας. Αλλά μπορεί να υπάρχουν και άλλες καταστάσεις όπου οι περιβαλλοντικές επιρροές είναι τόσο διαδεδομένες και έτσι πέρα από την ικανότητά μας να χειραγωγούμε, θα ήταν πολύ πιο δύσκολο να αναγνωρίσουμε την επιρροή τους.
Οι φυσικοί λένε μια παραβολή σχετικά με τα ψάρια που ερευνούν τους νόμους της φυσικής, αλλά τόσο εξοικειωμένοι με τον υδαρό τους κόσμο, δεν αντιλαμβάνονται την επιρροή της. Ο αγώνας των ψαριών μπορεί να εξηγήσει την ευγενική ταλάντωση των φυτών καθώς και τη δική τους μετακίνηση. Οι νόμοι που τελικά βρίσκουν είναι πολύπλοκοι και δύσκολοι. Στη συνέχεια, ένα λαμπρό ψάρι έχει μια σημαντική ανακάλυψη. Ίσως η πολυπλοκότητα να αντικατοπτρίζει απλούς θεμελιώδεις νόμους που δρουν οι ίδιοι σε ένα περίπλοκο περιβάλλον - ένα γεμάτο με ένα παχύρευστο, ασυμπίεστο και διαπερατό υγρό: τον ωκεανό. Στην αρχή, το διορατικό ψάρι αγνοείται, ακόμη και γελοιοποιείται. Αλλά αργά, και οι άλλοι συνειδητοποιούν ότι το περιβάλλον τους, παρά την εξοικείωσή τους, έχει σημαντικό αντίκτυπο σε ό, τι παρατηρούν.
Μιλάει η παραβολή πιο κοντά στο σπίτι από ό, τι ίσως σκεφτήκαμε; Μπορεί να υπάρξουν άλλα, λεπτή αλλά διαδεδομένα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος που, μέχρι στιγμής, δεν κατάφερα να συμπτύξουμε σωστά στην κατανόησή μας; Η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στη Γενεύη έχει πείσει τους φυσικούς ότι η απάντηση είναι ένα ηχηρό ναι.
Σχεδόν πριν από μισό αιώνα, ο Πίτερ Χιγκς και μια σειρά από άλλους φυσικούς προσπαθούσαν να καταλάβουν την προέλευση ενός βασικού φυσικού χαρακτηριστικού: μάζα. Μπορείτε να σκεφτείτε τη μάζα ως κούρσα ενός αντικειμένου ή, λίγο πιο συγκεκριμένα, με την αντίσταση που προσφέρει στην αλλαγή της κίνησης. Πιέστε ένα φορτηγό τρένο (ή ένα φτερό) για να αυξήσετε την ταχύτητά του και η αντίσταση που αισθάνεστε αντανακλά τη μάζα του. Σε μικροσκοπικό επίπεδο, η μάζα των εμπορευματικών αμαξοστοιχιών προέρχεται από τα συστατικά μόρια και τα άτομα, τα οποία κατασκευάζονται από τα θεμελιώδη σωματίδια, τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ. Αλλά από πού προέρχονται οι μάζες αυτών και άλλων θεμελιωδών σωματιδίων;
Όταν οι φυσικοί στη δεκαετία του 1960 μοντελοποίησαν τη συμπεριφορά αυτών των σωματιδίων χρησιμοποιώντας εξισώσεις που είχαν τις ρίζες τους στην κβαντική φυσική, συνάντησαν ένα παζλ. Αν φανταζόταν ότι τα σωματίδια ήταν όλα χωρίς μάζα, τότε κάθε όρος στις εξισώσεις έκανε κλικ σε ένα τέλεια συμμετρικό μοτίβο, όπως τα άκρα ενός τέλειου νιφάδα χιονιού. Και αυτή η συμμετρία δεν ήταν μόνο μαθηματικά κομψή. Εξήγησε τα πρότυπα που είναι εμφανή στα πειραματικά δεδομένα. Αλλά -και εδώ είναι το παζλ-οι φυσικοί ήξεραν ότι τα σωματίδια είχαν μάζα και όταν άλλαξαν τις εξισώσεις για να λογοδοτήσουν αυτό το γεγονός, η μαθηματική αρμονία ήταν χαλασμένη. Οι εξισώσεις έγιναν σύνθετες και δύσκολες και, ακόμα χειρότερα, ασυνεπείς.
Τι να κάνω? Εδώ είναι η ιδέα που πρότεινε ο Higgs. Μην σπρώχνετε τις μάζες των σωματιδίων κάτω από το λαιμό των όμορφων εξισώσεων. Αντ 'αυτού, διατηρήστε τις εξισώσεις παρθένες και συμμετρικές, αλλά θεωρήστε ότι λειτουργούν μέσα σε ένα ιδιόμορφο περιβάλλον. Φανταστείτε ότι όλος ο χώρος είναι ομοιόμορφα γεμάτος με μια αόρατη ουσία - που τώρα ονομάζεται πεδίο Higgs - που ασκεί δύναμη οπισθέλκουσας στα σωματίδια όταν επιταχύνουν μέσα από αυτό. Σπρώξτε ένα θεμελιώδες σωματίδιο σε μια προσπάθεια να αυξήσετε την ταχύτητά του και, σύμφωνα με το Higgs, θα αισθανόσασταν αυτή τη δύναμη οπισθέλκουσας ως αντίσταση. Δικαιολογημένα, θα ερμηνεύσατε την αντίσταση ως τη μάζα του σωματιδίου. Για μια ψυχική επίθεση, σκεφτείτε μια μπάλα ping-pong βυθισμένη στο νερό. Όταν πιέζετε την μπάλα πινγκ-πονγκ, θα αισθανθείτε πολύ πιο μαζική από ό, τι κάνει έξω από το νερό. Η αλληλεπίδραση του με το υδατώδες περιβάλλον έχει ως αποτέλεσμα την προσφορά του με μάζα. Έτσι, με σωματίδια βυθισμένα στο πεδίο Higgs.
Το 1964, ο Higgs υπέβαλε ένα έγγραφο σε ένα περίφημο περιοδικό φυσικής στο οποίο διατύπωσε αυτή την ιδέα μαθηματικά. Το έγγραφο απορρίφθηκε. Όχι επειδή περιελάμβανε ένα τεχνικό σφάλμα, αλλά επειδή η υπόθεση ενός αόρατου κάτι που διαπερνούσε το διάστημα, αλληλεπιδρώντας με τα σωματίδια για να προσφέρουν τη μάζα τους, καλά, όλα φαινόταν σαν σωρούς υπερφυσικών κερδοσκοπίας. Οι συντάκτες του περιοδικού έκριναν ότι «δεν έχει καμία προφανή σχέση με τη φυσική».
Αλλά ο Higgs επέμενε (και το αναθεωρημένο του κείμενο εμφανίστηκε αργότερα εκείνο το έτος σε άλλο περιοδικό) και οι φυσικοί που πήραν το χρόνο να μελετήσουν την πρόταση σταδιακά συνειδητοποίησαν ότι η ιδέα του ήταν ένα εγκεφαλικό επεισόδιο, ένα που τους επέτρεψε να έχουν το κέικ τους και να το τρώνε . Στο σχέδιο Higgs, οι θεμελιώδεις εξισώσεις μπορούν να διατηρήσουν την παρθένο μορφή τους επειδή το βρώμικο έργο της παροχής των μαζών των σωματιδίων υποβιβάζεται στο περιβάλλον.
Ενώ δεν ήμουν κοντά για να παρακολουθήσω την αρχική απόρριψη της πρότασης του Higgs το 1964 (καλά, ήμουν γύρω, αλλά μόνο ελάχιστα), μπορώ να βεβαιώσω ότι στα μέσα της δεκαετίας του 1980, η αξιολόγηση είχε αλλάξει. Η κοινότητα της φυσικής είχε, ως επί το πλείστον, αγόρασε πλήρως την ιδέα ότι υπήρχε ένα πεδίο Higgs που διαπερνά το χώρο. Στην πραγματικότητα, σε ένα μεταπτυχιακό μάθημα πήρα ότι κάλυψε αυτό που είναι γνωστό ως το Πρότυπο Μοντέλο της Σωματιδιακής Φυσικής (οι φυσικοί των κβαντικών εξισώσεων έχουν συγκεντρωθεί για να περιγράψουν τα σωματίδια της ύλης και τις κυρίαρχες δυνάμεις με τις οποίες επηρεάζουν ο ένας τον άλλο), ο καθηγητής παρουσίασε το Higgs πεδίο με τέτοια βεβαιότητα ότι για πολύ καιρό δεν είχα ιδέα ότι δεν είχε ακόμη καθιερωθεί πειραματικά. Περιστασιακά, αυτό συμβαίνει στη φυσική. Οι μαθηματικές εξισώσεις μπορούν μερικές φορές να φανερώσουν μια τόσο πειστική ιστορία, να φαντάζουν να ακτινοβολούν την πραγματικότητα τόσο έντονα, ώστε να γίνονται παγιδευμένοι στην γλώσσα των φυσικών που εργάζονται, ακόμα και πριν υπάρξουν στοιχεία για να τα επιβεβαιώσουν.
Αλλά μόνο με τα δεδομένα μπορεί να σφυρηλατηθεί ένας σύνδεσμος προς την πραγματικότητα. Πώς μπορούμε να δοκιμάσουμε το πεδίο Higgs; Αυτό είναι όπου έρχεται ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC). Περνάει εκατοντάδες ναυπηγεία κάτω από τη Γενεύη της Ελβετίας, διασχίζοντας τα γαλλικά σύνορα και ξανά, το LHC είναι μια κυκλική σήραγγα μήκους περίπου 17 μιλίων που χρησιμεύει ως αγωνιστική πίστα για συνθλίβοντας μαζί τα σωματίδια της ύλης. Το LHC περιβάλλεται από περίπου 9.000 υπεραγώγιμους μαγνήτες και φιλοξενεί τη ροή ορδών πρωτονίων που κινούνται γύρω από τη σήραγγα και προς τις δύο κατευθύνσεις, τα οποία επιταχύνουν οι μαγνήτες απλά για να θυσιάσουν την ταχύτητα του φωτός. Με τέτοιες ταχύτητες, τα πρωτόνια μαστίζουν γύρω από τη σήραγγα περίπου 11.000 φορές κάθε δευτερόλεπτο, και όταν κατευθύνονται από τους μαγνήτες, ασχολούνται με εκατομμύρια συγκρούσεις με την αναλαμπή ενός ματιού. Οι συγκρούσεις, με τη σειρά τους, παράγουν σπρέι σωματιδίων που μοιάζουν με πυροτεχνήματα, τα οποία ανιχνεύουν και καταγράφουν ανιχνευτές μαμούθ.
Ένα από τα βασικά κίνητρα για τον LHC, το οποίο κοστίζει στη τάξη των 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων και περιλαμβάνει χιλιάδες επιστήμονες από δεκάδες χώρες, ήταν να αναζητήσει στοιχεία για το πεδίο Higgs. Τα μαθηματικά έδειξαν ότι εάν η ιδέα είναι σωστή, εάν βυθιστούμε πραγματικά σε έναν ωκεανό του τομέα Higgs, τότε οι συγκρούσεις βίαιων σωματιδίων θα πρέπει να είναι σε θέση να τρεμοπαίζουν το πεδίο, καθώς δύο συγκρουόμενα υποβρύχια θα τσακώσουν το νερό γύρω από αυτά. Και κάθε τόσο συχνά, το jiggling θα πρέπει να είναι σωστό να βγάλουμε από την κορυφή ενός πεδίου - ένα μικροσκοπικό σταγονίδιο του ωκεανού Higgs - το οποίο θα εμφανιστεί ως το μακρότατο σωματίδιο Higgs.
Οι υπολογισμοί έδειξαν επίσης ότι το σωματίδιο Higgs θα ήταν ασταθές, αποσυντιθέμενο σε άλλα σωματίδια σε ένα μικροσκοπικό κλάσμα ενός δευτερολέπτου. Μέσα από το σφύριγμα των συγκρουόμενων σωματιδίων και των υψωμένων σύννεφων σωματιδιακών συντριμμιών, οι επιστήμονες οπλισμένοι με ισχυρούς υπολογιστές θα αναζητούσαν το αποτύπωμα Higgs - ένα πρότυπο προϊόντων αποσύνθεσης υπαγορευμένων από τις εξισώσεις.
Στις πρώτες πρωινές ώρες της 4ης Ιουλίου 2012, συγκεντρώθηκα με περίπου 20 άλλους αδελφούς σε μια αίθουσα συνεδριάσεων στο Κέντρο Φυσικής του Aspen για να δω τη ζωντανή ροή μιας συνέντευξης Τύπου στις εγκαταστάσεις Large Hadron Collider στη Γενεύη. Περίπου έξι μήνες νωρίτερα, δύο ανεξάρτητες ομάδες ερευνητών που επιφορτίστηκαν με τη συλλογή και την ανάλυση των δεδομένων LHC ανακοίνωσαν μια ισχυρή ένδειξη ότι το σωματίδιο Higgs είχε βρεθεί. Οι φήμες που πετούν τώρα γύρω από την κοινότητα φυσικής ήταν ότι οι ομάδες είχαν τελικά επαρκή αποδεικτικά στοιχεία για να υποβάλουν οριστική αξίωση. Σε συνδυασμό με το γεγονός ότι ο ίδιος ο Peter Higgs κλήθηκε να κάνει το ταξίδι στη Γενεύη, υπήρχε αρκετό κίνητρο για να μείνει μέχρι τις 3 π.μ. για να ακούσει την ανακοίνωση ζωντανά.
Και καθώς ο κόσμος ήρθε να μάθει γρήγορα, οι ενδείξεις ότι το σωματίδιο Higgs είχε ανιχνευθεί ήταν αρκετά ισχυρές για να περάσουν το κατώφλι της ανακάλυψης. Με το σωματίδιο Higgs που βρέθηκε επίσημα, το κοινό στη Γενεύη ξέσπασε σε άγρια χειροκροτήματα, όπως και η μικρή μας ομάδα στο Aspen, και αναμφισβήτητα δεκάδες παρόμοιες συγκεντρώσεις σε όλο τον κόσμο. Ο Peter Higgs σκούπισε ένα δάκρυ.
Με ένα χρόνο εκ των υστέρων και με πρόσθετα δεδομένα που έχουν χρησιμεύσει μόνο για να κάνουν την υπόθεση για το Higgs ισχυρότερο, εδώ είναι πώς θα συνοψίσω τις σημαντικότερες επιπτώσεις της ανακάλυψης.
Πρώτον, γνωρίζουμε από καιρό ότι υπάρχουν αόρατοι κάτοικοι στο διάστημα. Ραδιοφωνικά και τηλεοπτικά κύματα. Το μαγνητικό πεδίο της Γης. Βαρυτικά πεδία. Αλλά κανένα από αυτά δεν είναι μόνιμο. Κανένα δεν είναι αμετάβλητο. Κανείς δεν είναι ομοιόμορφα παρών σε ολόκληρο το σύμπαν. Από αυτή την άποψη, το πεδίο Higgs είναι θεμελιωδώς διαφορετικό. Πιστεύουμε ότι η αξία του είναι η ίδια στη Γη με τον Κρόνο, στα Νεφελώματα του Ωρίωνα, στον Γαλαξία της Ανδρομέδας και παντού. Από όσο μπορούμε να πούμε, το πεδίο Higgs είναι ανεξίτηλα αποτυπωμένο στο χωρικό ιστό.
Δεύτερον, το σωματίδιο Higgs αντιπροσωπεύει μια νέα μορφή ύλης, η οποία είχε προβλεφθεί ευρέως για δεκαετίες, αλλά δεν είχε ποτέ δει. Στις αρχές του 20ού αιώνα, οι φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι τα σωματίδια, εκτός από τη μάζα και το ηλεκτρικό τους φορτίο, έχουν ένα τρίτο χαρακτηριστικό γνώρισμα: την περιστροφή τους. Αλλά αντίθετα από την κορυφή ενός παιδιού, η περιστροφή ενός σωματιδίου είναι ένα εγγενές χαρακτηριστικό που δεν αλλάζει. δεν επιταχύνεται ή επιβραδύνεται με την πάροδο του χρόνου. Τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ έχουν όλα την ίδια τιμή περιστροφής, ενώ η περιστροφή των φωτονίων-σωματιδίων του φωτός είναι διπλάσια από τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ. Οι εξισώσεις που περιγράφουν το σωματίδιο Higgs έδειξαν ότι - σε αντίθεση με οποιοδήποτε άλλο θεμελιώδες είδος σωματιδίων - δεν θα έπρεπε καθόλου να περιστραφεί. Τα δεδομένα από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων επιβεβαίωσαν τώρα αυτό.
Η καθιέρωση της ύπαρξης μιας νέας μορφής ύλης είναι ένα σπάνιο επίτευγμα, αλλά το αποτέλεσμα έχει ανταπόκριση σε ένα άλλο πεδίο: την κοσμολογία, την επιστημονική μελέτη του πώς άρχισε και αναπτύχθηκε ολόκληρο το σύμπαν στη μορφή που τώρα βλέπουμε. Για πολλά χρόνια, οι κοσμολόγοι που μελετούσαν τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης συγκλονίστηκαν. Είχαν συνασπιστεί μια ισχυρή περιγραφή του πώς το σύμπαν εξελίχθηκε από ένα δευτερόλεπτο δευτερόλεπτο μετά την αρχή, αλλά δεν ήταν σε θέση να δώσει οποιαδήποτε εικόνα για το τι οδήγησε χώρο για να αρχίσει να επεκτείνεται στην πρώτη θέση. Ποια δύναμη θα μπορούσε να έχει ασκήσει μια τόσο ισχυρή ώθηση προς τα έξω; Για όλη της την επιτυχία, η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης έβγαλε το κτύπημα.
Στη δεκαετία του '80, ανακαλύφθηκε μια πιθανή λύση, η οποία χτυπά ένα δυνατά χτυπητό Χίτζικ. Αν μια περιοχή του χώρου είναι ομοιόμορφα επιπλεγμένη με ένα πεδίο του οποίου τα σωματιδιακά συστατικά είναι άτρωτα, τότε η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν (η γενική θεωρία της σχετικότητας) αποκαλύπτει ότι μπορεί να δημιουργηθεί μια ισχυρή απωστική δύναμη - ένα κτύπημα και ένα μεγάλο σε αυτό. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι ήταν δύσκολο να υλοποιηθεί αυτή η ιδέα με το ίδιο το πεδίο Higgs. η διπλή υποχρέωση παροχής μάζας σωματιδίων και τροφοδοσίας του κτυπήματος αποδεικνύει σημαντική επιβάρυνση. Αλλά οι διορατικοί επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι με την τοποθέτηση ενός δεύτερου πεδίου "Higgs -like" (που έχει το ίδιο περιθώριο εξαφάνισης, αλλά διαφορετική μάζα και αλληλεπιδράσεις), θα μπορούσαν να χωρίσουν το φορτίο - ένα πεδίο για μάζα και το άλλο για την απωστική κίνηση - συναρπαστική εξήγηση για το κτύπημα. Εξαιτίας αυτού, για πάνω από 30 χρόνια, οι θεωρητικοί φυσικοί εξέταζαν δυναμικά τις κοσμολογικές θεωρίες, στις οποίες ένα τέτοιο πεδίο όπως το Higgs παίζει σημαντικό ρόλο. Χιλιάδες άρθρα περιοδικών έχουν γραφτεί για την ανάπτυξη αυτών των ιδεών και δισεκατομμύρια δολάρια έχουν δαπανηθεί για παρατηρήσεις στο βαθύ διάστημα που αναζητούν - και βρίσκουν - έμμεσες ενδείξεις ότι αυτές οι θεωρίες περιγράφουν με ακρίβεια το σύμπαν μας. Η επιβεβαίωση του LHC ότι τουλάχιστον ένα τέτοιο πεδίο υπάρχει πράγματι θέτει έτσι μια γενιά κοσμολογικής θεωρίας σε ένα πολύ πιο σταθερό θεμέλιο.
Τέλος, και ίσως το πιο σημαντικό, η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs είναι ένας εκπληκτικός θρίαμβος της δύναμης των μαθηματικών να αποκαλύψει τις λειτουργίες του σύμπαντος. Είναι μια ιστορία που έχει ανακεφαλαιωθεί στη φυσική πολλές φορές, αλλά κάθε νέο παράδειγμα συγκινεί ακριβώς το ίδιο. Η πιθανότητα μαύρων τρυπών προέκυψε από τις μαθηματικές αναλύσεις του γερμανικού φυσικού Karl Schwarzchild. οι επόμενες παρατηρήσεις απέδειξαν ότι οι μαύρες τρύπες είναι πραγματικές. Η κοσμολογία του Big Bang προέκυψε από τις μαθηματικές αναλύσεις του Αλεξάνδρου Friedmann και του Georges Lemaître. οι επακόλουθες παρατηρήσεις απέδειξαν ότι και αυτή η διορατικότητα είναι σωστή. Η έννοια της αντι-ύλης προέκυψε πρώτα από τις μαθηματικές αναλύσεις του κβαντικού φυσικού Paul Dirac. τα επακόλουθα πειράματα έδειξαν ότι και αυτή η ιδέα είναι σωστή. Αυτά τα παραδείγματα δίνουν μια αίσθηση για το τι εννοούσε ο σπουδαίος μαθηματικός φυσικός Eugene Wigner, όταν μίλησε για την "παράλογη αποτελεσματικότητα των μαθηματικών στην περιγραφή του φυσικού σύμπαντος". Το πεδίο Higgs προέκυψε από μαθηματικές μελέτες που αναζητούσαν έναν μηχανισμό για την προσφορά σωματιδίων με μάζα. Και για άλλη μια φορά τα μαθηματικά έχουν περάσει με πετούντα χρώματα.
Ως ο ίδιος θεωρητικός φυσικός, ένας από τους πολλούς που αφιερώθηκε στο να βρει αυτό που ο Αϊνστάιν ονομάζει «ενοποιημένη θεωρία» - οι βαθιά κρυμμένες συνδέσεις ανάμεσα σε όλες τις δυνάμεις και την ύλη της φύσης που ονειρευόταν ο Αϊνστάιν, πολύ καιρό μετά από τη συμπλοκή με τη μυστηριώδη λειτουργία της πυξίδας -Η ανακάλυψη του Higgs είναι ιδιαίτερα ευχάριστη. Το έργο μας καθοδηγείται από μαθηματικά και μέχρι στιγμής δεν έχει έλθει σε επαφή με πειραματικά δεδομένα. Αγωνιζόμαστε με αγωνία το 2015, όταν αναβαθμιστεί και πάλι ισχυρότερος LHC, καθώς υπάρχει πιθανότητα να υπάρξουν νέα δεδομένα που θα αποδεικνύουν ότι οι θεωρίες μας κατευθύνονται προς τη σωστή κατεύθυνση. Κύρια ορόσημα θα περιλαμβάνουν την ανακάλυψη μιας τάξης από μέχρι τώρα αόρατα σωματίδια (που ονομάζονται "υπερσυμμετρικά" σωματίδια) που προβλέπουν οι εξισώσεις μας ή υποδείξεις της άγριας δυνατότητας χωρικών διαστάσεων πέρα από τους τρεις που όλοι βιώνουμε. Πιο συναρπαστικό θα ήταν ακόμα η ανακάλυψη ενός εντελώς απροσδόκητου γεγονότος, που μας στέλνει όλους να επιστρέφουμε στα blackboard μας.
Πολλοί από εμάς προσπαθούμε να κλιμακώσουμε αυτά τα μαθηματικά βουνά για 30 χρόνια, μερικούς ακόμα περισσότερο. Κάποιες φορές έχουμε αισθανθεί ότι η ενοποιημένη θεωρία ήταν ακριβώς πέρα από τα δάχτυλά μας, ενώ άλλες φορές είμαστε πραγματικά groping στο σκοτάδι. Είναι μια μεγάλη ώθηση για την γενιά μας να παρακολουθήσουμε την επιβεβαίωση του Higgs, για να παρακολουθήσουμε μαθηματικές γνώσεις ηλικίας τεσσάρων δεκαετιών, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν ως ξέσπασμα και ρωγμές στους ανιχνευτές LHC. Μας υπενθυμίζει να πάρουμε τα λόγια του βραβευμένου με Νόμπελ Steven Weinberg στην καρδιά: "Το λάθος μας δεν είναι ότι παίρνουμε τις θεωρίες μας πολύ σοβαρά, αλλά δεν τις παίρνουμε αρκετά σοβαρά. Είναι πάντα δύσκολο να συνειδητοποιήσουμε ότι αυτοί οι αριθμοί και οι εξισώσεις που παίζουμε στα γραφεία μας έχουν σχέση με τον πραγματικό κόσμο. "Μερικές φορές, αυτοί οι αριθμοί και οι εξισώσεις έχουν μια εκπληκτική, σχεδόν απόκοσμη ικανότητα να φωτίζουν αλλιώς σκοτεινές γωνιές της πραγματικότητας. Όταν το κάνουν, φτάνουμε πολύ πιο κοντά στο να πιάσουμε τη θέση μας στον Κόσμο.
