Blog > Komentarze do wpisu

Higgs się rozpada

Kilka dni temu CERN w specjalnym komunikacie prasowym (tu jest jego polskie omówienie) ogłosił, że zaobserwowano rozpad bozonu Higgsa na kwark b i jego antykwark. Zgodnie z przewidywaniami Modelu Standardowego takie rozpady powinny być najczęstsze, ale z powodów, nazwijmy je, technicznych dotąd było bardzo ciężko odróżnić je od tła. Bozon Higgsa jest niestabilny i rozpada się na inne cząstki, przy czym możliwych jest wiele, jak to mówią fizycy, "kanałów rozpadu". Dotąd obserwowano inne rozpady bozonu Higgsa, głównie na dwa fotony lub na lepton τ i jego antycząstkę, gdyż odróżnienie ich od tła było łatwiejsze. Najnowsze dane, zaprezentowane wspólnie przez dwie największe grupy badawcze z CERN, ATLAS i CMS, świadczą, że udział rozpadów b-anty-b zgadza się z przewidywaniami teoretycznymi.

Jest to wiadomość bardzo dobra dla Modelu Standardowego i raczej niedobra dla przyszłości fizyki cząstek elementarnych.

Model Standardowy teorii cząstek opisuje fundamentalne cząstki składowe materii i ich wzajemne oddziaływania. Przewidywany przez Model Standardowy i odkryty sześć lat temu bozon Higgsa - nazwany od nazwiska brytyjskiego fizyka Petera Higgsa, który go wymyślił - był ostatnim brakującym elementem tego modelu. Hurra, mamy więc potwierdzony doświadczalnie model fundamentalnych cząstek i ich oddziaływań - i kompletnie nie wiemy, co dalej mamy robić. Fizycy zajmujący się teorią cząstek dość desperacko poszukują jakichś doświadczalnych odchyleń od Modelu Standardowego, ale dotąd niczego nie znaleźli. Żadnych nowych cząstek czy oddziaływań, których Model Standardowy by nie przewidywał. Żadnej supersymetrii, nic, nic, nic. Nawet ten cholerny bozon Higgsa zachowuje się dokładnie tak, jak to przewiduje model: nie jest ani zbyt lekki, ani zbyt ciężki, nie stwierdzono u niego żadnej wewnętrznej struktury, nawet rozpada się dokładnie tak, jak przewidywano. Nie ma się na czym oprzeć, żeby móc Model Standardowy ulepszać, rozbudowywać, zmieniać albo chociaż lepiej zrozumieć.

Model Standardowy działa świetnie, ale jest, w pewnym sensie, niezbyt elegancki. Ma bodaj 19 parametrów swobodnych, mogących przyjmować arbitralne wartości. Parametry te decydują o własnościach naszego Wszechświata. Gdyby wartość któregoś z tych parametrów była nieco inna, niż jest, mogłoby się okazać, że nie mogą powstawać stabilne jądra atomowe lub że miałby one zupełnie inne własności. Albo że ewolucja Wszechświata musiałaby przebiegać zupełnie inaczej. Możemy zmierzyć wartości tych parametrów, ale nie wiemy, dlaczego są one takie, jakie są. Dlaczego nasz Wszechświat jest taki, jaki jest. Oczywiście jest możliwe, że wartości te są, jakie są, w sposób przypadkowy, bo tak. Ludzi jednak taka odpowiedź nie zadowala. Chcieliby wiedzieć, czy za własnościami naszego Wszechświata, wynikającymi z wartości 19 parametrów swobodnych Modelu Standardowego, stoją jakieś głębsze, bardziej fundamentalne zasady. A jeśli tak, to jakie. 

Najnowsze odkrycia dotyczące bozonu Higgsa sugerują, że fizyka cząstek elementarnych - taka, jak ją dzisiaj rozumiemy - nie odpowie na te pytania. A jeśli nie dostaniemy jakichś nowych danych doświadczalnych, nie dających się wytłumaczyć w ramach istniejącego modelu, pozostaną nam tylko spekulacje, co grozi degeneracją nauki, podobną do tego, jak pod koniec Średniowiecza filozofia zdegenerowała się do scholastyki.

Oczywiście fizyka cząstek jeszcze przez wiele lat będzie miała co robić: Trzeba będzie poprawić statystykę, dokładniej pomierzyć te wszystkie parametry, lepiej zrozumieć własności układów złożonych zbudowanych z elementarnych składników, o których mówi Model Standardowy. Roboty jest mnóstwo, ale wygląda na to, że fizyka cząstek nie będzie już odpowiadać na pytania podstawowe.

Monachijski profesor Philipp von Jolly w latach '70 XIX wieku odradzał młodemu Maxowi Planckowi studiowanie fizyki, twierdząc, że w fizyce wszystko, co ważne, zostało już odkryte i pozostało jedynie kilka drobnych luk do uzupełnienia. Także inni wielcy fizycy z tego okresu, na przykład August Kundt, nie oczekiwali żadnych przełomowych odkryć i uważali, że głównym zadaniem fizyki jest dokonywanie bardziej dokładnych pomiarów znanych wielkości - zadanie pożyteczne i wymagające sporego kunsztu, ale pozbawione intelektualnego powabu. A ćwierć wieku później Max Planck zaczął tworzyć mechanikę kwantową, okazało się bowiem, że jednej z tych "drobnych luk" von Jolly'ego nie dało się zapełnić bez kompletnego przebudowania całej fizyki. Być może fizyka cząstek elementarnych jest dziś w sytuacji von Jolly'ego i Kundta. Na to powinniśmy liczyć.

Detektor ALICE w CERN

wtorek, 04 września 2018, pfg

Polecane wpisy

  • Efekt Józefa

    Biblijny patriarcha Józef, podstępnie sprzedany w niewolę do Egiptu, słynął ze swej umiejętności interpretowania snów. Zinterpretował też sen dręczący faraona:

  • Świat: jak to działa

    Prowadziliśmy kiedyś bloga popularnonaukowego pod nazwą Świat: jak to działa , najpierw na bloxie , potem na stronach Tygodnika Powszechnego . Blog prze

  • Strzałka czasu

    Czas płynie w jedną stronę. Fizycy mówią, że czas ma strzałkę. Fizyka stwierdza, że istnieją dwa procesy - a raczej dwie kategorie procesów - które spontaniczni

TrackBack
TrackBack URL wpisu:
Komentarze
Gość: mlaskot, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2018/09/04 17:03:59
Uwaga! Konkretna liczba parametrów jest kwestią polityczną ;) Niektóre wynikają z absolutnie koniecznych założeń matematycznych ale pojawiają się po tylu przekształceniach że wyglądają arbitralnie. Inne są pod Model Standardowy (który właśnie skończył 50 lat) podwiązane choć bardziej należą do jego opcjonalnych rozszerzeń.

Mimo to nie zgodzę się z umniejszaniem modelu standardowego do roli fenomenologicznej, i tylko do fizyki cząstek. Jest to jednak teoria wszelkich pól kwantowych. Dla wysokich energii sytuacja jest jak opisana wyżej. Nie jest to sytuacja niezadowalająca w porównaniu z energiami niskimi! Sprawy takie jak efekt Casimira, tu nie ma problemu nadmiaru rozserzeń bo bazowa teoria działa za dobrze. Bo nie działa wcale, sprowadzajac się do postulatów i zaniedbań bardziej arbitralnych niż systematyczny mechanizm renormalizacji dla wysokich energii. Nie ma też żadnych pomysłów rozszerzeń. To pytanie o NISKIE energie było tak samo aktualne w erze akceleratorowej (która nastała bądź co bądź przez swoją przewidywalność).
-
Gość: x, *.free.aero2.net.pl
2018/09/04 23:07:38
Myślę, że na horyzoncie od dawna widać co najmniej dwa "drobne" problemy, których rozwiązanie może po raz kolejny radykalnie przeobrazić fizykę.

Jeden z nich ma charakter czysto teoretyczny i dotyczy ujednolicenia lokalnego aparatu matematycznego ogólnej teorii względności z nielokalnym aparatem matematycznym kwantowej teorii pola. Wiadomo, że jakimś rozwiązaniem tego problemu byłaby kwantowa teoria grawitacji; z drugiej strony podejrzewa się, że kwantowa teoria pola jest jedynie przypadkiem granicznym czegoś bardziej skomplikowanego. Ja po cichutku (i całkiem dyletancko) żywię nadzieję, że rozwiązanie okaże się znacznie prostsze, niż ktokolwiek się obecnie spodziewa - choć oczywiście "proste" nie oznacza tu "łatwe do znalezienia", a jedynie "o formalizmie nie bardziej skomplikowanym niż OTW czy QFT" - i że czas ani grawitacja nie okażą się kwantowalne (mimo istnienia fal grawitacyjnych). Nadzieja moja opiera się na tym, że grawitacja odpowiadać będzie czemuś na kształt części dyfuzyjnej (gaussowskiej) we wzorze Lévy'ego-Chinczyna, a pozostałe oddziaływania fundamentalne - części nielokalnej; rzecz jasna jest to tylko dość mętna intuicja.

Drugi problem ma charakter teoretyczno-doświadczalny i wiąże się z obserwowaną olbrzymią dysproporcją w występowaniu materii i antymaterii przy braku wyraźnych i powszechnie akceptowanych wyjaśnień teoretycznych tego stanu rzeczy. Tu prawdopodobnie przełom nastąpi na drodze doświadczalnej i będzie się wiązać albo z wykazaniem, że w skali Wszechświata materia i antymateria występują w takich samych ilościach (więc przewaga materii w naszym otoczeniu ma charakter lokalny), albo z wyznaczeniem ilościowych różnic w zachowaniu materii i antymaterii (zdaje się, że obecnie próbuje się głównie mierzyć własności atomów antywodoru i porównywać je z własnościami atomów wodoru).

Oba problemy towarzyszą fizykom już od paru pokoleń i stąd "wtapiają się w tło", jako zbyt trudne i w związku z tym do odłożenia na potem. Ale w istocie to stamtąd może przyjść następny przełom, a nie z coraz trudniejszych do weryfikacji doświadczalnej hipotetycznych rozszerzeń Modelu Standardowego.

Na dokładkę dołożyłbym pytanie, czy kauzalność nie może być aby łamana (choćby dlatego, że istnieją matematycznie eleganckie hipotetyczne sytuacje tego typu: tachiony - gdyby istniały i oddziaływały jakkolwiek ze zwykłą materią - oraz Goedlowskie rozwiązania równań OTW dopuszczające istnienie pętli czasowych). Ale postęp w tej dziedzinie jest pewnie zupełnie ponad możliwości dzisiejszych badań fizycznych, chyba że trafi się jakiś niebywały fuks.
-
Gość: mlaskot, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2018/09/06 00:48:32
-
Gość: x, *.free.aero2.net.pl
2018/09/06 20:47:49
@Mlaskot

No, dla pozostałych oddziaływań to już mniej więcej wiadomo, że nie ma lokalności (choć być może w przyszłości okaże się jeszcze, że opozycja lokalność/nielokalność jest równie pozbawiona sensu jak pojęcie jednoczesności po Einsteinie), natomiast formalizm riemannowski OTW zdecydowanie wyraża się w języku operacji lokalnych (różniczkowych skończonego rzędu, ściślej mówiąc). Na razie nawet istnienie grawitonów pozostaje wielką zagadką (potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych jest tu jakąś przesłanką, ale niezbyt silną; w końcu na gruncie fizyki klasycznej siła Coulomba bardzo przypomina grawitację, a jednak to podobieństwo niezupełnie podnosi się do poziomu fizyki współczesnej). Znasz jakiś pomysł na weryfikację doświadczalną (może oczywiście być astronomiczna, typu obserwacja otoczenia czarnej dziury) za naszego życia kwestii lokalności/nielokalności i kwantowalności/niekwantowalności grawitacji?
-
Gość: x, *.free.aero2.net.pl
2018/09/06 21:35:18
PS. Nie żeby ludzie nie próbowali, np. takie pomysły się pojawiają: arxiv.org/abs/1707.06036 - ale stąd do jakiejkolwiek konkluzji jest jeszcze baaardzo daleko.
-
Gość: mlaskot, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2018/09/06 23:01:24
Ja myślę że ostateczne przeświadczenia ostatecznie są jednak negocjowalne.

Lokalność i nielokalnosc myślę bardziej niż czas i przestrzeń były przed Einsteinem. Pojęcie nielokalności pojawiło się trochę braku elastyczności matematyki, ale ją można zmienić na lżejszy materiał o podobnej sztywności, na przykład wspomnianymi sieciami operatorów (podobnie z lokalnością grawitacji, próbuje się zrobić teorię globalną).

W pewnych bardzo specyficznych warunkach Bell stwierdza tzw. lokalny realizm. Podobnie jak z twierdzeniami Godla, mało kto rozumie co tak naprawdę jest przedmiotem dowodu, a co wrażeniem naleciałym z obiegu kulturowego (Bell np był zagorzałym zwolennikiem mechaniki Bohma, czasami jedynym, a powszechnie mówi się, że obala ukryte zmienne). Dowód eksperymentalny był niezwykle kłopotliwy i wiele osób doprowadził do szaleństwa (wystarczy zobaczyć co Gisin wyprawia w swoim kąciku ArXiv, nawet tam mu moderatorzy zaczęli wyrzucać ale przestali po gniewnej skardze do Nature). CHYBA ostatecznie został skonkludowany dopiero niedawno w 2015, arxiv.org/abs/1508.05949 w bardzo specyficznej sytuacji co do którejo zresztą mało kto miał wątpliwości. ALE lokalny realizm to tak naprawdę odrębne pojęcie filozoficzne, samo w sobie o niejasnych konsekwencjach w sensie matematycznym (tzn. jakie podejścia tak naprawdę wyklucza).

To wszystko się ma nijak do modelu standardowego. On tylko po prostu nie tłumaczy grawitacji. Ale grawitacja ma swoje wytłumaczenie. Przede wszystkim istnieją niezborne, ale dostatecznie efektywne metody obliczania efektów relatywistycznych w kwantowych teoriach pola. Model standardowy ma gorsze problemy. Nawet w zakresie wewnętrznej spójności, jak również śmiesznego zachowania w niskich energiach (czyli tzw. realnym świecie, fazie skondensowanej). Nawet w tym mechaniźmie Higgsa - on wyjaśnia masę ale leptonów, a tylko około połowy masy materii barionowej (przy okazji, nie wyjaśnia też dominacji materii barionowej we wszechświecie).

Kwantowa grawitacja jest problemem bardziej samej mechaniki kwantowej jako takiej. I jej interpretacji. Te rzeczy mają się do modelu standardowego jak termodynamika do problemów motoryzacji.
-
pfg
2018/09/07 00:16:40
Bell "obala zmienne ukryte" nie dlatego, że chciał, ale dlatego, że podał (w latach '60) wyrażenia, które mają inną wartość, jeśli zmienne ukryte istnieją, a inne, jeśli ich nie ma. Alain Aspect w serii eksperymentów jeszcze w latach '80, mierząc te wielkości, teorię zmiennych ukrytych obalił.

Ale uwaga: lokalną teorię zmiennych ukrytych. Nielokalna - z natychmiastowymi oddziaływaniami pomiędzy ukrytymi stopniami swobody - ma się dobrze. Ba, nikt dotąd nawet nie zaproponował eksperymentu, który nielokalną teorię zmiennych ukrytych odróżniałby od "ortodoksyjnej" mechaniki kwantowej. W znanych przypadkach jedna i druga prowadzi do takich samych wniosków obserwacyjnych.

Zastrzegam, że to jest dla nierelatywistycznej (schroedingerowskiej) mechaniki kwantowej. Jak jest w przypadku relatywistycznym, nie wiem.
-
Gość: mlaskot, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2018/09/07 00:50:34
Nie prawda. Wracamy do lokalnego realizmu. To jest lokalny + realizm. Obalać można łącznie. Obalenie znaczy, że oba ALBO któryś z tych dwu jest obalony.

arxiv.org/abs/1501.04618

Nie jest to więc kierunkowskazem dla konstuowania formalizmu. Co więcej zaniedbana mechanika Bohma jest dla matematyków rajem na ziemi, badania w tym obszarze są nieśmiało wznawiane, tegoroczny medalista Fieldsa klasycysta Figalli ma nawet na ten temat pracę jak dobrze działa aproksymacja WKB.

(Z kolei w podejściu "coś z dyfuzji" też prędzej zmodyfikuje się mechanikę kwantową niż grawitację, tę drugą nie wiadomo jak, tę poprzednią pokazał poprzedni medalista Martin Hairer swoją teorią mnożenia dystrybucji wymyśloną dla stochastycznych równań różniczkowych, ale stosowalną bezpośrednio do renormalizacji Stueckelberg-Epstein-Glaser (a renormalizacja to główna treść kwantowej teorii pola, wbrew temu co sie czasem słyszy że to tylko "procedura")(z drugiej strony Kupiainen pokazał uproszczoną wersję tego mechanizmu nie polegającą nawet na zasadniczym wyniku Hairera, z trzeciej całkowanie po historiach mozna interpretować jako martyngał))
-
Gość: mlaskot, *.neoplus.adsl.tpnet.pl
2018/09/07 03:03:30
arxiv.org/abs/1707.06036 - ale stąd do jakiejkolwiek konkluzji jest jeszcze baaardzo daleko.

I wtem konkluzja arxiv.org/abs/1804.11315

Nie to że niektórzy szydercy backreaction.blogspot.com/2017/07/nature-magazine-publishes-comment-on.html się nie spodziewali.

Ale to szydercy. Poważni ludzie arxiv.org/abs/1807.07015 wysnuwają, że analogie pomiędzy wersjami zupełnie innego eksperymentu arxiv.org/abs/1509.02408 uprawniają do stwierdzenia, że splątanie które ewentualnie nastąpi musi pochodzić od grawitacji kwantowej. To są wspaniali autorzy i pewnie bym nawet nie wiedział o konkluzji z którą polemizują, ale jednak w żaden sposób nie odnoszą się do centralnego argumentu prosto z równań. Dyskutują tylko ze słownictwem konkluzji, że nie jest uprawniona, bo analogie wskazują że na pewno jest coś więcej (nie mówią co). "This weakens the claim that it is impossible to say anything about the necessity of quantized dynamical degrees of freedom of gravity". Then don't say if anything is possible to say. Weak weakening, this.
-
Gość: x, *.free.aero2.net.pl
2018/09/07 08:40:17
Nieskończone są spory magów. Z tym, że w Ziemiomorzu opisanym przez Le Guin magia działała całkiem nieźle, a tu na razie odbywa się dzielenie na czworo nie zaobserwowanego dotąd włosa. ;)

Prawda jest taka, że bez nowych danych doświadczalnych to raczej nie ma szansy ruszyć z miejsca. Może rozkręcający się przemysł detekcji fal grawitacyjnych dostarczy wreszcie czegoś, co nie mieści się w OTW, bo poza tym nie bardzo widać, skąd takie dane miałyby napłynąć.
-
Gość: piotrw, *.centertel.pl
2018/09/17 17:30:39
Będąc całym sercem z fizyką, a z fizyką fundamentalną w szczególności, czas uczciwie uzmysłowić sobie, że przy obecnie dostępnych danych doświadczalnych fizyka znajduje się daleko poza frontem Pareto. W związku z tym ludzkość może odnieść znacznie większe korzyści, w tym poznawcze, poprzez zmianę alokacji środków finansowych na badania. Zapowiada się wiek genetyki i bioinformatyki, wiek fizyki mamy za sobą. Szkoda.
-
Gość: piotrw, *.centertel.pl
2018/09/17 17:32:12
@pfg: w razie "W" mamy jeszcze superdeterminizm <demoniczny śmiech>.