Přesně před pěti lety, 4. července 2012, v hlavní posluchárně CERNu oznámily dvě největší spolupráce na Velkém hadronovém urychlovači objev Higgsova bosonu. Toto je poslední částice předpovězená Standardním modelem – hledání nepolapitelné částice trvá téměř půl století. Jakmile byl boson pojmenován, došlo dokonce k „božské částici“ podle stejnojmenné knihy fyzika Leona Ledermana. Jak autor přiznal, nejprve chtěl knihu nazvat „Boží částice“ („Ďáblova (prokletá) částice“), ale nakladatelství toto jméno nepovolilo. Přestože od jeho objevu uplynulo již poměrně dost času, fyzici ve skutečnosti teprve začali zkoumat vlastnosti Higgsova bosonu. Na počest výročí vám nabízíme krátký test o této pozoruhodné částici.
1. Proč jste museli zavést Higgsův boson do Standardního modelu?
2. Rok po objevu Higgsova bosonu Nobelova cena obdrželi Peter Higgs a Francois Englert. Proč?
3. Jaká část hmotnosti atomu vodíku je způsobena Higgsovým mechanismem?
4. Jak dlouho Higgsův boson „žije“?
5. Higgsovo pole poskytuje hmoty pro všechno elementární částice včetně samotného Higgsova bosonu. Existují elementární částice těžší než Higgsův boson?
Na velmi oblíbenou a srozumitelnou otázku o Higgsově bosonu položenou autorem Alexandr Saenko nejlepší odpověď je Higgsův boson neboli Higgsův boson je teoreticky předpovězená elementární částice, kvantum Higgsova pole, které nutně vzniká ve Standardním modelu díky Higgsovu mechanismu samovolného narušení elektroslabé symetrie. Podle konstrukce je Higgsův boson skalární částice, to znamená, že má nulový spin. Postuloval Peter Higgs v roce 1960 (podle jiných zdrojů v roce 1964), v rámci Standardního modelu je zodpovědný za hmotnost elementárních částic.
Teoreticky by se při minimální implementaci Higgsova mechanismu měl objevit jeden neutrální Higgsův boson; v rozšířených modelech spontánního narušení symetrie může vzniknout několik Higgsových bosonů různých hmotností, včetně nabitých.
Existují však modely, které pro vysvětlení hmotností pozorovaných částic Standardního modelu nevyžadují zavedení Higgsova bosonu, tzv. Higgs-free modely. Negativní výsledek hledání Higgsova bosonu by sloužil jako nepřímý argument ve prospěch takových modelů.
Experimenty na hledání a odhadování hmotnosti Higgsova bosonu
Hledání Higgsova bosonu v Evropském středisku jaderného výzkumu ve Velkém elektron-pozitronovém urychlovači (LEP) (experiment byl dokončen v roce 2001, energie je 104 GeV na paprsek, tedy celková energie paprsků ve středu hmotnost systému je 208 GeV) nebyly úspěšné: tři kandidátské události na detektoru ALEPH při 114 GeV, dvě na DELPHI a jedna na L3. Tento počet událostí přibližně odpovídal očekávané úrovni pozadí. Očekává se, že otázka existence Higgsova bosonu bude zcela vyjasněna poté, co bude uveden do provozu Velký hadronový urychlovač (LHC) a bude fungovat několik let.
V roce 2004 byla data z experimentu D0 znovu zpracována za účelem stanovení hmotnosti t-kvarku, provedeného na synchrotronu Tevatron v National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi, během tohoto zpracování byl získán přesný odhad hmotnosti, což vedlo k opětovnému odhadu horní hranice hmotnosti Higgsova bosonu na 251 GeV.
V roce 2010 během experimentů na Tevatronu výzkumná skupina DZero zjistil 1% odchylku ve výsledcích od výsledků teoreticky předpokládaných standardním modelem. Brzy bylo oznámeno, že důvodem nesrovnalosti může být existence ne jednoho, ale pěti Higgsových bosonů - v rámci teorie supersymetrie mohou existovat kladně i záporně nabité, skalární (lehký a těžký) a pseudoskalární boson. Očekává se, že experimenty na Large Hadron Collider pomohou tuto hypotézu potvrdit nebo vyvrátit.
Higgsův boson v povědomí veřejnosti
Higgsův boson je poslední částice Standardního modelu, která dosud nebyla nalezena. Higgsova částice je tak důležitá laureát Nobelovy ceny Leon Lederman to nazval „boží částice“. V prostředcích hromadné sdělovací prostředky Higgsův boson byl charakterizován jako "boží částice". Na druhou stranu, neschopnost objevit tento boson může ohrozit současnou implementaci Standardního modelu, ale jeho rozšíření (higgs-free modely) již byla vyvinuta v částicové fyzice.
Promiňte, mluvím o špičkové technologii.
Existuje tolik základních vtipů, tolik výsměchu o vědě, Higgsově bosonu, LHC (Large Hardron Collider) - což je nechutné a smutné pro lidstvo (které ho ve skutečnosti vytvořilo, LHC).
Takže je to co nejpřístupnější o bosonu, který má každý na rtech a o kterém téměř nikdo neví, což znamená, že říká cokoliv.
Jsem ochoten vsadit velkou sumu, že většina čtenářů tohoto příspěvku (včetně lidí, kteří se stále zajímají o vědu) netuší, co fyzikové našli ve Velkém urychlovači hardronů, proč to tak dlouho hledali a co se stane další.
Lidé si obecně velmi špatně představují v mysli, co se děje v mikrokosmu, v měřítku elementárních částic. Mnoho lidí ze školy si například představuje, že elektrony jsou malé žluté kuličky jako miniplanety, které se točí kolem jádra atomu, nebo to vypadá jako malina složená z červených a modrých protonů-neutronů. Ti, kteří jsou trochu obeznámeni s kvantovou mechanikou z populárních knih, si elementární částice představují jako rozmazané mraky. Když se řekne, že jakákoli elementární částice je také vlna, představíme si vlny na moři (nebo v oceánu): povrch trojrozměrného média, které periodicky osciluje. Je-li nám řečeno, že částice je událost v určitém poli, představíme si pole (něco hučícího v prázdnotě, jako skříň transformátoru).
A to vše je velmi špatné. Slova „částice“, „pole“ a „vlna“ odrážejí realitu extrémně špatně a neexistuje způsob, jak si je představit. Jakýkoli vizuální obraz, který vám přijde na mysl, bude nesprávný a bude překážet porozumění. Elementární částice nejsou něčím, co lze v zásadě vidět nebo se jich „dotknout“, a my, potomci opic, jsme navrženi tak, abychom si jen takové věci představovali. Není pravda, že elektron (nebo foton nebo Higgsův boson) „je částice i vlna“; to je něco třetího, pro co v našem jazyce nikdy nebyla slova (jako zbytečné). My (ve smyslu lidstvo) víme, jak se chovají, můžeme provádět nějaké výpočty, můžeme s nimi uspořádat experimenty, ale nemůžeme pro ně najít dobrý mentální obraz, protože věci, které jsou alespoň přibližně podobné elementárním částicím, nejsou v našem měřítku vůbec nalézt.
Profesionální fyzici se nesnaží vizuálně (ani jinak z hlediska lidských pocitů) představovat si, co se děje v mikrosvětě; to je špatná cesta, nikam nevede. Postupně si vypěstují určitou intuici o tom, jaké předměty tam žijí a co se s nimi stane, když udělají to a to, ale neprofesionální je nepravděpodobné, že bude schopen duplikovat to.
Tak doufám, že už nebudete myslet na malé kuličky. Nyní o tom, co hledali a našli na Velkém hadronovém urychlovači.
Obecně přijímaná teorie o tom, jak svět funguje na nejmenších měřítcích, se nazývá standardní model. Náš svět podle ní takto funguje. Obsahuje několik zásadně odlišných typů hmoty, které se vzájemně ovlivňují různými způsoby. Někdy je vhodné hovořit o takových interakcích, jako je výměna určitých „předmětů“, u kterých lze měřit rychlost, hmotnost, zrychlovat je nebo je tlačit proti sobě atd. V některých případech je vhodné je nazývat (a myslet na ně) jako o nosných částicích. Takové částice v modelu 12 odrůd. Připomínám, že vše, o čem nyní píšu, je stále nepřesné a zprofanované; ale doufám, že stále mnohem méně než většina zpráv v médiích. (Například „Echo of Moscow“ ze 4. července se vyznačovalo frází „5 bodů na stupnici sigma“; znalí to ocení).
Tak či onak, 11 z 12 částic Standardního modelu již bylo pozorováno dříve. 12. je boson odpovídající Higgsovu poli – což dává mnoha dalším částicím hmotnost. Velmi dobré (ale samozřejmě také nesprávné) přirovnání, které jsem nevymyslel já: představte si dokonale hladký kulečníkový stůl, na kterém jsou kulečníkové koule - elementární částice. Snadno se rozptýlí různými směry a bez rušení se pohybují kamkoli. Nyní si představte, že stůl je pokrytý jakousi lepkavou hmotou, která brání pohybu částic: toto je Higgsovo pole a rozsah, v jakém částice ulpí na takovém povlaku, je její hmotnost. S některými částicemi Higgsovo pole neinteraguje nic, například s fotony, a jejich hmotnost je tedy nulová; Lze si představit, že fotony jsou jako puk ve vzdušném hokeji a povlaku není vůbec vidět.
Celá tato analogie je nesprávná například proto, že hmota na rozdíl od našeho lepivého povlaku brání částici v pohybu, ale ve zrychlení, ale dává určitou iluzi porozumění.
Higgsův boson je částice odpovídající tomuto "lepkavému poli". Představte si, že velmi silně udeříte do kulečníkového stolu, poškodíte plsť a rozdrtíte malé množství lepkavého materiálu. v bublinkovém záhybu, která se velmi rychle rozšíří zpět. To je ono.
Ve skutečnosti to je přesně to, co Velký hadronový urychlovač celé ty roky dělal a zhruba takto vypadal proces získávání Higgsova bosonu: udeříme do stolu vší silou, dokud se látka sama nezačne proměňovat z velmi statický, tvrdý a lepkavý povrch do něčeho zajímavějšího (nebo dokud se nestane něco ještě úžasnějšího, teorie není předpovězeno). Proto je LHC tak velký a výkonný: už se pokusili udeřit do stolu s menší energií, ale neúspěšně.
Nyní o notoricky známé 5 sigmě. Problém s výše uvedeným procesem je, že můžeme jen klepat a doufat, že z toho něco bude; Zaručený recept na získání Higgsova bosonu neexistuje. Horší je, že když se konečně narodí na svět, musíme mít čas ho zaregistrovat (přirozeně ho není možné vidět a existuje jen nepatrný zlomek vteřiny). Ať už použijeme jakýkoli detektor nepoužili můžeme jen říci, že se zdá, že jsme mohli pozorovat něco podobného.
Nyní si představte, že máme speciální kostku; padá náhodně na jednu ze šesti stěn, ale pokud je Higgsův boson právě v tu dobu poblíž, pak těch šest nikdy nevypadne. Toto je typický detektor. Pokud jednou hodíme kostkou a zároveň vší silou udeříme do stolu, pak nám vůbec žádný výsledek nic neřekne: vyšlo to jako 4? Docela pravděpodobná událost. Hodil jsi 6? Možná jsme prostě ve špatnou chvíli lehce trefili do stolu a boson, ač existoval, se nestihl zrodit ve správnou chvíli, nebo se naopak stihl rozpadnout.
Ale tento experiment můžeme udělat několikrát, a dokonce mnohokrát! Skvělé, hodme kostkou 60 000 000krát. Řekněme, že šestka přišla „jen“ 9 500 000krát, a ne 10 000 000; Znamená to, že se čas od času objeví boson, nebo je to jen přijatelná šance – nevěříme, že by kostka měla dopadnout jako šestka přesně 10 milionůkrát ze 60?
No a Takové věci nelze posoudit očima, je třeba zvážit, jak velká odchylka je a jak souvisí s případnými nehodami. Čím větší odchylka, tím menší je pravděpodobnost, že kost jen tak náhodně ležela, a tím větší je pravděpodobnost, že čas od času (ne vždy) vznikne nová elementární částice, která jí zabránila ležet jako šestka. Odchylku od průměru je vhodné vyjádřit v sigmatech. „Jedna sigma“ je míra odchylky, která je „nejočekávanější“ (její konkrétní hodnotu si může spočítat každý student 3. ročníku Fyzikální nebo Matematické fakulty). Pokud experimenty poměrně hodně, pak je odchylka 5 sigma úrovní, kdy se názor „náhodnost je nepravděpodobná“ promění v naprosto pevnou důvěru.
Fyzici oznámili dosažení přibližně této úrovně odchylek na dvou různých detektorech 4. července. Oba detektory se chovaly velmi podobně, jako by se chovaly, kdyby částice vytvořená tvrdým dopadem na stůl byla ve skutečnosti Higgsovým bosonem; Přísně vzato to neznamená, že je to on, kdo je před námi, ale musíme měřit všechny možné další charakteristiky pomocí nejrůznějších dalších detektorů. Ale zbývá jen málo pochybností.
Na závěr o tom, co nás čeká v budoucnu. Bylo to otevřené? nová fyzika“ a byl učiněn průlom, který nám bude užitečný k vytvoření hyperprostorových motorů a absolutního paliva? Ne; a dokonce i naopak: ukázalo se, že v té části fyziky, která studuje elementární částice, se zázraky nedějí a příroda je strukturována téměř tak, jak fyzici celou dobu předpokládali (no, nebo skoro ano). Je to dokonce trochu smutné.
Situaci komplikuje fakt, že s naprostou jistotou víme, že přesně takto to v zásadě nelze strukturovat. Standardní model je čistě matematicky neslučitelný s Einsteinovou obecnou teorií relativity a oba jednoduše nemohou být pravdivé současně.
A kam teď kopat, není zatím příliš jasné - není to tak, že by tam nebyly vůbec žádné myšlenky, spíše naopak: existuje příliš mnoho různých teoretických možností a existuje mnohem méně způsobů, jak je otestovat. Pak jde realita mimo moji kompetenci. Ale něco takového.
Podílel se na hledání bosonu světoví vědci včetně specialistů z Ruska. V důsledku toho bylo možné detekovat známky jeho existence urychlením paprsků protonů na rychlost světla ve 27kilometrovém tunelu urychlovače a analýzou výsledků jejich srážky.
Higgsův boson je posledním chybějícím článkem standardního modelu vesmíru. Možná se ale stane prvním článkem nového modelu. Tuto částici lze přirovnat ke Svatému grálu. Po mnoho let se vědci skutečně snažili získat informace o jeho existenci.
Již nyní je známo, že v roce 2013 urychlovač přeruší svou práci zhruba na rok a půl. Během této dlouhé přestávky bude obří stroj připraven k dosažení plné kapacity. To pomůže zlepšit přesnost měření hmotnosti Higgsova bosonu. Velký zájem je i o hledání dalších hypotetických částic předpovězených některými teoriemi, a tak je možné, že objev Higgsova bosonu je pouze prvním krokem v řadě zásadních objevů, které experimenty na LHC přinesou.
Jeden z největší záhady fyzici dokážou vyřešit „matrace podobné“ axionové pole, které prostupuje prostorem a časem. Tři fyzici spolupracující v oblasti San Francisco Bay Area za poslední tři roky vyvinuli nové řešení otázky, která znepokojuje jejich vědecký obor již více než 30 let. Dokonce i student nižší střední školy může formulovat tuto hlubokou záhadu, která poháněla experimenty na nejvýkonnějších urychlovačích částic a dala vzniknout kontroverzním hypotézám multivesmíru: jak magnet zvedá kancelářskou sponku proti gravitační síle celé planety.
Navzdory síle pohybu hvězd a galaxií je gravitační síla stovky milionů bilionů bilionů krát slabší než magnetismus a další mikroskopické síly přírody. Tento rozpor se ve fyzikálních rovnicích projevuje v absurdním rozdílu mezi hmotností Higgsova bosonu, částice objevené v roce 2012, která řídí hmotnosti a síly známých jiných částic, a očekávaným rozsahem hmotností dosud neobjevených gravitačních stavů hmoty. .
Vzhledem k tomu, že chyběly důkazy z Velkého hadronového urychlovače, které by podporovaly jakoukoli z dříve navržených teorií, které by vysvětlovaly tuto nesourodou hierarchii hmotností – včetně svůdně elegantní „supersymetrie“ – mnoho fyziků začalo pochybovat o samotné logice přírodních zákonů. Rostou obavy, že náš vesmír může být nehoda, spíše podivná změť mezi bezpočtem dalších možných vesmírů – a to bude znamenat konec hledání koherentní teorie přírody.
Tento měsíc zahájil LHC svůj dlouho očekávaný druhý běh s téměř dvojnásobnou provozní energií a pokračoval v hledání nových částic nebo jevů, které by vyřešily náš problém s hierarchií. Existuje však velmi reálná možnost, že za rohem nebudou žádné nové částice a teoretičtí fyzici budou čelit svému „scénáři noční můry“. Donutí je to také přemýšlet.
David Kaplan
„V krizových okamžicích se rodí nové nápady,“ říká Jean Giudice, teoretický částicový fyzik v laboratoři CERN poblíž Ženevy, kde se LHC nachází.
Nový návrh nabízí možné východisko. Trojice vědců je „super nadšená,“ říká David Kaplan, 46letý teoretický fyzik z Johns Hopkins University v Baltimore, který model vyvinul s Peterem Grahamem (35) ze Stanfordské univerzity a Sarjitem Rajenranem (32) z univerzity. Kalifornie, Berkeley..
Jejich řešení sleduje hierarchii mezi gravitací a dalšími základními silami až k explozivnímu zrodu kosmu, kdy se podle vědců dvě proměnné vyvíjející se v tandemu náhle zastavily. V tomto bodě hypotetická "axionová" částice uvěznila Higgsův boson v jeho současné hmotnosti, hluboko pod gravitačními stupnicemi. Axion se objevil v teoretických rovnicích již v roce 1977 a s největší pravděpodobností existuje. Dosud nebyl objeven ani jeden axion, ale vědci se domnívají, že axiony mohou být takzvané „relaxace“ (od relaxace – relaxace), řešící problém hierarchie „uvolněním“ hodnoty Higgsovy hmoty.
"Je to velmi, velmi chytrý nápad," říká Raman Sundrum, teoretický fyzik z University of Maryland, který se na jeho vývoji nepodílel. "Možná takto svět do určité míry funguje."
Během týdnů od zveřejnění článku online se objevila „nová platforma“ plná výzkumníků, kteří chtěli prozkoumat slabiny této myšlenky a obecně na ni upozornit, říká Nathaniel Craig, teoretický fyzik na University of California, Santa Barbara.
"Všechno se zdá jako zatraceně snadná možnost," říká Rajendran. - Nesnažíme se skákat přes hlavu. Chce to jen pracovat."
Řada odborníků však podotýká, že v současné podobě není tato myšlenka bez nedostatků, které je třeba pečlivě zvážit. A i když přežije tuto kritiku, může trvat desetiletí, než jej experimentálně otestujeme.
Přes veškeré vzrušení, které obklopovalo objev Higgsova bosonu v roce 2012, který dokončil Standardní model částicové fyziky a vynesl Peteru Higgsovi a Francoisi Englertovi Nobelovu cenu za fyziku za rok 2013, byl tento objev jen malým překvapením; existence částice a naměřená hmotnost 125 GeV byly v souladu s roky nepřímých důkazů. To však experty na LHC nezklamalo. Nebylo nic, co by uvedlo Higgsovu hmotnost do souladu s předpokládanou hmotnostní stupnicí související s gravitací, která leží 10 000 000 000 000 000 000 GeV za experimentálně dosažitelným rozsahem.
„Problém je v tom, že v kvantové mechanice všechno ovlivňuje všechno,“ vysvětluje Giudice. Supertěžké gravitační stavy by se měly kvantově mechanicky smísit s Higgsovým bosonem, což by výrazně přispělo k jeho hmotnosti. Přesto Higgsův boson nějak zůstává lehký. Je to, jako by se neuvěřitelné faktory ovlivňující jeho hmotnost – některé pozitivní, jiné negativní, ale všechny desítky číslic v magnitudě – magicky zrušily a zůstala extrémně malá magnituda. Jemně vyladěné zrušení všech těchto faktorů se zdá „podezřelé,“ říká Giudice. Zdá se, že tam musí být něco víc.
Efekty často přirovnávají jemně vyladěnou Higgsovu hmotu k tužce, která stojí na špičce vzpřímeně, tlačená proudy vzduchu a vibracemi stolu, přesto zůstává v dokonalé rovnováze. "Není to stav nemožnosti, je to stav nepravděpodobnosti," říká Savas Dimopoulos ze Stanfordu. Přiblížíte-li se k tužce takto, „nejprve přejeďte rukou po tužce, abyste zkontrolovali čáru, která ji váže ke stropu. Pak si budete myslet, že někdo přilepil tužku na žvýkačku."
Fyzici podobně hledali přirozené vysvětlení problému hierarchie od 70. let 20. století, přesvědčeni, že by je toto hledání dovedlo k úplnější teorii přírody, možná dokonce vrhající světlo na částice.“ temná hmota“, neviditelná látka, která vyplňuje galaxie. „Hlavním tématem těchto studií byla přirozenost,“ říká Giudice.
Od 80. let 20. století je nejoblíbenějším návrhem supersymetrie. Řeší problém hierarchie postulováním dosud neobjevených dvojčat pro každou elementární částici: pro elektron - selektron, pro každý kvark - squark a tak dále. Dvojčata mají opačný účinek na hmotnost Higgsova bosonu, díky čemuž je imunní vůči účinkům supertěžkých gravitačních částic (jsou negovány účinky svých dvojčat).
Během prvního běhu LHC v letech 2010 až 2013 se neobjevily žádné důkazy supersymetrie nebo jakýchkoli konkurenčních nápadů – jako je technicolor nebo „pokřivené extra rozměry“. Když se na začátku roku 2013 urychlovač uzavřel kvůli upgradům, aniž by našli jedinou „c-částici“ nebo jiný důkaz fyziky nad rámec standardního modelu, mnozí odborníci si začali myslet, že neexistuje žádná životaschopná alternativa. Co když je Higgsova hmota a tedy i přírodní zákony nepřirozené? Výpočty ukázaly, že pokud by hmotnost Higgsova bosonu byla jen párkrát větší a vše ostatní zůstalo stejné, pak by se protony nemohly skládat do atomů a neexistovaly by žádné složité struktury – hvězdy nebo živé bytosti. Co když je náš vesmír ve skutečnosti náhodně jemně vyladěný, jako tužka vyvážená na špičce, vytržená z bezpočtu bublinových vesmírů v rámci prakticky nekonečného multivesmíru prostě proto, že život vyžaduje právě takový šílený, pobuřující, pobuřující jev?
Tato hypotéza multivesmíru, která se v diskusích o hierarchii rýsuje od konce 90. let, je většinou fyziků považována za velmi chmurnou vyhlídku. "Jen nevím, co s ní dělat," říká Craig. "Neznáme pravidla." Jiné multivesmírné bubliny, pokud existují, leží za hranicemi dosahu světla a navždy omezují teorie multivesmírů, které můžeme experimentálně pozorovat z naší osamělé bubliny. A bez nějakého způsobu, jak určit, kde na úseku nekonečně možných multivesmírných dat leží naše přidělená data, je obtížné nebo nemožné vytvořit argumenty založené na multivesmíru o tom, proč je náš vesmír takový, jaký je. „Nevím, kdy budeme dostatečně přesvědčeni. Jak určit správný okamžik? Jak to víš?
Higgs a relaxace
Kaplan navštívil Bay Area minulé léto, aby spolupracoval s Grahamem a Rajendranem, které znal, protože všichni tři pracovali v různé době pro Dimopoulose, který byl jedním z klíčových vývojářů supersymetrie. Za minulý rok trio rozdělilo svůj čas mezi Berkeley a Stanford, vyměnili si „embryonální myšlenkové kousky“, říká Graham, a postupně vyvinuli nový, originální nápad na zákony částicové fyziky.
Inspirováni pokusem Larryho Abbotta z roku 1984 řešit problém různé přirozenosti ve fyzice, snažili se přehodnotit Higgsovu hmotu jako vyvíjející se parametr, který by se mohl dynamicky „uvolnit“ ke své nepatrné hodnotě v době zrodu vesmíru, spíše než začít. z pevné a zdánlivě nepravděpodobné konstanty . „Přestože trvalo šest měsíců, než jsme se zbavili slepých uliček a hloupých modelů a velmi složitých věcí, skončili jsme s velmi jednoduchým obrázkem,“ říká Kaplan.
Podle jejich modelu závisí Higgsova hmotnost na číselné hodnotě hypotetického pole, které prostupuje časoprostor: axionového pole. Abychom uvedli jeho obrázek do perspektivy, „přemýšlíme o obalení prostoru jako o této trojrozměrné matraci,“ říká Dimopoulos. Hodnota v každém bodě pole závisí na tom, jak jsou stlačené pružiny matrace. Na dlouhou dobu věřilo se, že existence této matrace – a jejích vibrací ve formě axionů – může vyřešit dvě hluboké záhady: za prvé, axionové pole by vysvětlilo, proč k většině interakcí mezi protony a neutrony dochází jak vpřed, tak vzad, řeší tzv. "silný CP" -problém." Za druhé, temná hmota se může skládat z axionů. Vyřešení hierarchického problému bude třetím velkým úspěchem.
Příběh tohoto nového modelu začíná v době, kdy byl vesmír energetickým bodem. Axionová matrace byla pod extrémním tlakem, díky čemuž byla Higgsova hmota obrovská. Jak se Vesmír rozpínal, prameny se uvolňovaly, jako by jejich energie proudila z pramenů do nově vzniklého prostoru. Jak se energie rozptýlila, zmenšila se i Higgsova hmota. Když hmotnost dosáhla své skutečné hodnoty, odpovídající proměnná klesla pod nulu a přešla na Higgsovo pole, pole podobné melase, které dává hmotu částicím, jako jsou elektrony a kvarky, které jím procházejí. Masivní kvarky zase interagovaly s axionovým polem a vytvářely hřebeny metaforického kopce, po kterém se energie valila. Axionové pole zamrzlo, stejně jako Higgsova hmota.
Sundrum to nazývá radikálním odklonem od modelů minulosti: nový model ukazuje, jak se moderní hierarchie mas mohla formovat od zrození vesmíru. Dimopoulos si všímá nápadného minimalismu tohoto modelu, který využívá především dříve zavedené nápady. „Lidé jako já, kteří trochu investovali do jiných přístupů k problému hierarchie, by byli příjemně překvapeni, že nemusíme hledat daleko. Řešení umístěné na dvorku Standardního modelu nebylo daleko. Mladí lidé byli potřeba chytří lidé kdo by tomu rozuměl."
"To zvyšuje cenu akcií Axion," dodává. Nedávno začal experiment Axion Dark Matter eXperiment na Washingtonské univerzitě v Seattlu hledat vzácné transformace axionů temné hmoty na částice světla uvnitř silných magnetických polí. Nyní, Dimopoulos říká, "budeme muset hledat ještě víc, abychom to našli."
Stejně jako mnoho odborníků však Nima Arkani-Hamed z Institutu pro pokročilé studium v Princetonu v New Jersey poznamenává, že tato spekulace se teprve objevuje. I když je to „určitě rozumné“, říká, jeho současná implementace zůstává přitažená za vlasy. Například, aby axionové pole uvázlo na hřebenech vytvořených kvarky, místo aby jimi prošlo, musela by kosmická inflace postupovat mnohem pomaleji, než většina kosmologů dovoluje. "Přidáváte 10 miliard let inflace."
A i kdyby byl axion objeven, toto samo o sobě by neprokázalo, že je "relaxační" - že je relaxační, uvolňuje hodnotu Higgsovy hmoty. A jakmile zmatek v Zálivu pominul, Kaplan, Graham a Rajendran začali vyvíjet nápady, jak otestovat svůj model. Je koneckonců možné, že oscilující axionové pole může ovlivňovat hmotnost blízkých elementárních částic prostřednictvím Higgsovy hmoty. "Mohli jste vidět, jak hmotnost elektronu kolísá," říká Graham.
Předpoklad vědců tedy nebude možné v dohledné době ověřit. (Tento model nepředpovídá nové jevy, které by LHC mohl detekovat.) A opět má malou šanci. V průběhu let bylo porušeno tolik chytrých předpokladů, že jsou vědci značně skeptičtí. Zajímavý nový model však stále vzbuzuje určitý optimismus.
„Mysleli jsme si, že jsme změnili názor a že není nic nového pod sluncem,“ říká Sundrum. "Tato teorie ukazuje, že lidé jsou stále inteligentní tvorové a že existuje spousta prostoru pro nové objevy."
