För exakt fem år sedan, den 4 juli 2012, i huvudsalen på CERN, tillkännagav två av de största samarbetena vid Large Hadron Collider upptäckten av Higgs-bosonen. Detta är den sista partikeln som förutspåtts av Standardmodellen - sökandet efter den svårfångade partikeln har varat i nästan ett halvt sekel. Så snart bosonen namngavs kom det till och med ner till den "gudomliga partikeln", enligt fysikern Leon Ledermans bok med samma namn. Som författaren erkände ville han först kalla boken "Djävulens (förbannade) partikel"), men förlaget tillät inte detta namn. Även om det har gått ganska lång tid sedan dess upptäckt, har fysiker faktiskt bara börjat utforska egenskaperna hos Higgs-bosonen. För att hedra jubileet erbjuder vi dig ett kort test om denna märkliga partikel.
1. Varför var du tvungen att introducera Higgs-bosonen i standardmodellen?
2. Ett år efter upptäckten av Higgs-bosonen Nobelpriset mottogs av Peter Higgs och Francois Englert. För vad?
3. Vilken del av massan hos en väteatom beror på Higgs-mekanismen?
4. Hur länge "lever" Higgs-bosonen?
5. Higgsfältet ger massor till allt elementarpartiklar, inklusive själva Higgs-bosonen. Finns det elementarpartiklar som är tyngre än Higgs-bosonen?
Till en mycket populär och begriplig fråga om Higgs-bosonen som författaren ställde Alexander Saenko det bästa svaret är Higgs-bosonen, eller Higgs-bosonen, är en teoretiskt förutsagd elementarpartikel, ett kvantum av Higgs-fältet, som nödvändigtvis uppstår i standardmodellen på grund av Higgs-mekanismen för spontant brytande av elektrosvag symmetri. Till sin konstruktion är Higgs-bosonen en skalär partikel, det vill säga den har noll spin. Postulerad av Peter Higgs 1960 (enligt andra källor, 1964), inom ramen för standardmodellen är den ansvarig för massan av elementarpartiklar.
I teorin, med en minimal implementering av Higgs-mekanismen, bör en neutral Higgs-boson dyka upp; i utökade modeller av spontant symmetribrott kan flera Higgs-bosoner av olika massor, inklusive laddade, uppstå.
Det finns dock modeller som inte kräver införandet av Higgs-bosonen för att förklara massorna av de observerade partiklarna i Standardmodellen, de så kallade Higgs-fria modellerna. Ett negativt resultat av sökandet efter Higgs-bosonen skulle fungera som ett indirekt argument till förmån för sådana modeller.
Experiment för att söka efter och uppskatta massan av Higgs-bosonen
Sökandet efter Higgs-bosonen vid European Nuclear Research Center vid Large Electron-Positron Collider (LEP) (experimentet avslutades 2001, energin är 104 GeV per stråle, det vill säga den totala energin för strålarna i mitten masssystemet är 208 GeV) var inte framgångsrika: tre kandidathändelser vid ALEPH-detektorn vid 114 GeV, två vid DELPHI och en vid L3. Detta antal händelser motsvarade ungefär den förväntade bakgrundsnivån. Det förväntas att frågan om Higgs-bosonens existens kommer att klargöras helt efter att Large Hadron Collider (LHC) tagits i drift och är i drift under flera år.
2004 omarbetades data från D0-experimentet för att bestämma massan av t-kvarken, utförd vid Tevatron-synkrotronen vid National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi, under denna bearbetning erhölls en förfinad uppskattning av massan, vilket ledde till en omvärdering av den övre gränsen för massan av Higgs-bosonen till 251 GeV.
2010, under experiment på Tevatron forskningsgrupp DZero hittade en avvikelse på 1 % i resultat från de som teoretiskt förutspåtts av standardmodellen. Det meddelades snart att orsaken till avvikelsen kunde vara existensen av inte en, utan fem Higgs-bosoner - inom ramen för teorin om supersymmetri kan positivt och negativt laddade, skalära (lätt och tunga) och pseudoskalära bosoner existera. Det förväntas att experiment vid Large Hadron Collider kommer att hjälpa till att bekräfta eller motbevisa denna hypotes.
Higgs boson i det allmänna medvetandet
Higgs-bosonen är den sista partikeln i standardmodellen som ännu inte har hittats. Higgspartikeln är så viktig att Nobelpristagare Leon Lederman kallade det "gudspartikeln". Med medel massmedia Higgs-bosonen har karakteriserats som "Gudspartikeln". Å andra sidan kan oförmågan att upptäcka denna boson äventyra den nuvarande implementeringen av standardmodellen, men dess förlängningar (higgs-fria modeller) har redan utvecklats inom partikelfysik.
Förlåt, jag pratar om högteknologi.
Det finns så många basala skämt, så mycket hån om vetenskap, Higgs-bosonen, LHC (Large Hardron Collider) – vilket är äckligt och sorgligt för mänskligheten (som faktiskt skapade den, LHC).
Så det är så tillgängligt som möjligt om bosonen, som finns på allas läppar och som nästan ingen riktigt vet om, vilket betyder att de säger vad som helst.
Jag är villig att satsa en stor summa på att de flesta av läsarna av det här inlägget (inklusive människor som fortfarande är intresserade av vetenskap) inte har någon aning om vad fysiker hittade vid Large Hardron Collider, varför de letade efter det så länge och vad som kommer att hända Nästa.
Människor är generellt mycket dåliga på att föreställa sig i sina sinnen vad som händer i mikrokosmos, på skalan av elementarpartiklar. Till exempel föreställer sig många från skolan att elektroner är små gula bollar, som miniplaneter, som kretsar kring en atoms kärna, eller så ser det ut som ett hallon som består av röda och blå proton-neutroner. De som är lite bekanta med kvantmekanik från populära böcker föreställer sig elementarpartiklar som suddiga moln. När vi får veta att vilken elementarpartikel som helst också är en våg, föreställer vi oss vågor på havet (eller i havet): ytan på ett tredimensionellt medium som periodvis svänger. Om vi får veta att en partikel är en händelse i ett visst fält, föreställer vi oss ett fält (något som brummar i tomrummet, som en transformatorlåda).
Och det här är mycket dåligt. Orden "partikel", "fält" och "våg" speglar verkligheten extremt dåligt, och det finns inget sätt att föreställa sig dem. Oavsett vilken visuell bild som du tänker på kommer att vara felaktig och kommer att störa förståelsen. Elementarpartiklar är inte något som i princip kan ses eller "röras", och vi, ättlingar till apor, är designade för att bara föreställa oss sådana saker. Det är inte sant att en elektron (eller foton, eller Higgs-boson) "är både en partikel och en våg"; detta är något tredje, som det aldrig har funnits ord för i vårt språk (som onödigt). Vi (i betydelsen mänskligheten) vet hur de beter sig, vi kan göra några beräkningar, vi kan ordna experiment med dem, men vi kan inte hitta en bra mental bild för dem, eftersom saker som åtminstone ungefär liknar elementarpartiklar inte är finns överhuvudtaget på vår skala.
Professionella fysiker försöker inte visuellt (eller på något annat sätt i termer av mänskliga känslor) föreställa sig vad som händer i mikrovärlden; det här är en dålig väg, den leder ingenstans. De utvecklar gradvis en viss intuition om vilka föremål som bor där, och vad som kommer att hända med dem om de gör det och det, men oprofessionelltär osannolikt att kunna duplicera det.
Så jag hoppas att du inte tänker på små bollar längre. Nu om vad de letade efter och hittade vid Large Hadron Collider.
Den allmänt accepterade teorin om hur världen fungerar i de minsta skalorna kallas Standardmodellen. Enligt henne fungerar vår värld så här. Den innehåller flera fundamentalt olika typer av materia som interagerar med varandra på olika sätt. Det är ibland bekvämt att prata om sådana interaktioner som utbyte av vissa "objekt" för vilka man kan mäta hastighet, massa, accelerera dem eller trycka dem mot varandra, etc. I vissa fall är det bekvämt att kalla dem (och tänka på dem) som om bärarpartiklar. Sådana partiklar i modellen 12 sorter. Jag påminner er om att allt jag skriver om nu fortfarande är felaktigt och profanerande; men jag hoppas fortfarande mycket mindre än de flesta media rapporterar. (Till exempel, "Echo of Moscow" den 4 juli utmärkte sig med frasen "5 poäng på sigma-skalan"; de som vet kommer att uppskatta det).
På ett eller annat sätt har 11 av de 12 partiklarna i standardmodellen redan observerats tidigare. Den 12:e är en boson som motsvarar Higgsfältet - det som ger många andra partiklar massa. En mycket bra (men, naturligtvis, också felaktig) analogi, som inte uppfanns av mig: föreställ dig ett perfekt slätt biljardbord på vilket det finns biljardbollar - elementarpartiklar. De sprids lätt åt olika håll och rör sig var som helst utan störningar. Föreställ dig nu att bordet är täckt med någon form av klibbig massa som hindrar partiklars rörelse: det här är Higgsfältet, och i vilken utsträckning en partikel fastnar på en sådan beläggning är dess massa. Med några partiklar Higgsfältet interagerar inte ingenting, till exempel, med fotoner, och deras massa är följaktligen noll; Man kan tänka sig att fotoner är som en puck i airhockey, och beläggningen märks inte alls.
Hela denna analogi är felaktig, till exempel, eftersom massa, till skillnad från vår klibbiga beläggning, hindrar partikeln från att röra sig, men från att accelerera, men den ger en viss illusion av förståelse.
Higgs-bosonen är den partikel som motsvarar detta "klibbiga fält". Föreställ dig att slå ett biljardbord väldigt hårt, skada filten och krossa en liten mängd klibbigt material. i ett bubbelveck, som kommer att spridas tillbaka mycket snabbt. Detta är det.
Egentligen är det precis vad Large Hadron Collider har gjort under alla dessa år, och ungefär så här såg processen för att erhålla Higgs-bosonen ut: vi slår i bordet med all vår kraft tills själva duken börjar förvandlas från en mycket statisk, hård och klibbig yta till något mer intressant (eller tills något ännu mer underbart händer, teorin inte förutspått). Det är därför LHC är så stor och kraftfull: de har redan försökt slå i bordet med mindre energi, men utan framgång.
Nu om den ökända 5 sigma. Problemet med ovanstående process är att vi bara kan knacka på och hoppas att det blir något av det; Det finns inget garanterat recept för att få Higgs-bosonen. Ännu värre, när han äntligen föds till världen måste vi ha tid att registrera honom (naturligtvis är det omöjligt att se honom, och han existerar bara för en obetydlig bråkdel av en sekund). Vilken detektor vi än använder inte har använt vi kan bara säga att det verkar som om vi kan ha observerat något liknande.
Föreställ dig nu att vi har en speciell tärning; den faller slumpmässigt på ett av de sex ansiktena, men om Higgs-bosonen är nära den just då, kommer de sex aldrig att falla ut. Detta är en typisk detektor. Om vi kastar tärningen en gång och samtidigt slår i bordet med all kraft, då kommer inget resultat alls att säga oss något alls: kom det upp som en 4:a? En ganska trolig händelse. Har du slagit en 6a? Kanske slog vi helt enkelt i bordet lite i fel ögonblick, och bosonen, även om den fanns, hann inte födas i rätt ögonblick, eller omvänt, lyckades förfalla.
Men vi kan göra det här experimentet flera gånger, och till och med många gånger! Bra, låt oss slå tärningen 60 000 000 gånger. Låt oss säga att sexan kom upp "bara" 9 500 000 gånger, och inte 10 000 000; Betyder detta att en boson dyker upp då och då, eller är det bara en acceptabel slump - vi tror inte att tärningen skulle visa sig vara en sexa exakt 10 miljoner gånger av 60?
Tja eh. Sådant går inte att bedöma med ögat, man måste fundera över hur stor avvikelsen är och hur den relaterar till eventuella olyckor. Ju större avvikelse, desto mindre sannolikt är det att benet bara lagt sig så av en slump, och desto större är sannolikheten att det då och då (inte alltid) uppstod en ny elementarpartikel som hindrade det från att ligga som en sexa. Det är bekvämt att uttrycka avvikelsen från genomsnittet i "sigmas". "One sigma" är den nivå av avvikelse som är "den mest förväntade" (dess specifika värde kan beräknas av vilken tredjeårsstudent som helst vid fysik- eller matematiska fakulteten). Om experiment ganska mycket, då är en avvikelse på 5 sigma nivån när åsikten "slumpmässighet är osannolik" förvandlas till ett absolut fast förtroende.
Fysiker meddelade uppnåendet av ungefär denna nivå av avvikelser på två olika detektorer den 4 juli. Båda detektorerna betedde sig väldigt lika hur de skulle bete sig om partikeln som producerades genom att slå hårt i bordet faktiskt var en Higgs-boson; Strängt taget betyder det inte att det är han som är framför oss, vi måste mäta alla möjliga andra egenskaper hos den med alla möjliga andra detektorer. Men det finns få tvivel kvar.
Till sist om vad som väntar oss i framtiden. Var det öppet? ny fysik”, och har ett genombrott gjorts som kommer att vara användbart för oss för att skapa hyperrymdmotorer och absolut bränsle? Nej; och till och med vice versa: det blev tydligt att i den delen av fysiken som studerar elementarpartiklar, sker inga mirakel, och naturen är uppbyggd nästan som fysiker hade antagit hela tiden (nåja, eller nästan så). Det är till och med lite sorgligt.
Situationen kompliceras av att vi med absolut säkerhet vet att det i princip inte kan struktureras exakt så här. Standardmodellen är rent matematiskt oförenlig med Einsteins allmänna relativitetsteori, och båda kan helt enkelt inte vara sanna samtidigt.
Och var man ska gräva nu är ännu inte särskilt klart - det är inte så att det inte finns några tankar alls, snarare tvärtom: det finns för många olika teoretiska möjligheter, och det finns mycket färre sätt att testa dem. Då går verkligheten bortom min kompetens. Men något sånt här.
Deltog i sökandet efter bosonen världsforskare, inklusive specialister från Ryssland. Som ett resultat var det möjligt att upptäcka tecken på dess existens genom att accelerera strålar av protoner till ljusets hastighet i en 27 kilometer lång tunnel av kollideraren och analysera resultaten av deras kollision.
Higgs-bosonen är den sista felande länken till standardmodellen av universum. Men kanske blir det första länken i en ny modell. Denna partikel kan jämföras med den heliga gralen. Under många år har forskare verkligen gjort allt för att få information om dess existens.
Det är redan känt att 2013 kommer kollideren att avbryta sitt arbete i ungefär ett och ett halvt år. Under detta långa uppehåll kommer den gigantiska maskinen att förberedas för att nå full kapacitet. Detta kommer att bidra till att förbättra noggrannheten i mätningarna av Higgs bosonmassa. Sökandet efter andra hypotetiska partiklar som förutspåtts av vissa teorier är också av stort intresse, så det är möjligt att upptäckten av Higgs-bosonen bara är det första steget i en rad grundläggande upptäckter som experiment vid LHC kommer att ge.
En av största mysterier fysiker kan lösa det "madrassliknande" axionsfältet som genomsyrar rum och tid. Tre fysiker som samarbetat i San Francisco Bay Area under de senaste tre åren har utvecklat en ny lösning på en fråga som har irriterat deras vetenskapliga område i mer än 30 år. Till och med en gymnasieelev kan formulera detta djupa mysterium, som har drivit experiment med de mest kraftfulla partikelacceleratorerna och gett upphov till kontroversiella multiversumhypoteser: hur en magnet lyfter ett gem mot hela planetens gravitationskraft.
Trots kraften bakom stjärnors och galaxers rörelse är tyngdkraften hundratals miljoner biljoner biljoner gånger svagare än magnetism och andra mikroskopiska naturkrafter. Denna diskrepans visar sig i fysikekvationer i den absurda skillnaden mellan massan av Higgs-bosonen, partikeln som upptäcktes 2012 och som styr massorna och krafterna hos kända andra partiklar, och det förväntade omfånget av massor av ännu oupptäckta gravitationstillstånd av materia. .
I avsaknad av bevis från Large Hadron Collider för att stödja någon av de tidigare föreslagna teorierna som skulle förklara denna inkongruenta hierarki av massor - inklusive den förföriskt eleganta "supersymmetrin" - började många fysiker ifrågasätta själva logiken i naturlagarna. Det finns en växande oro för att vårt universum kan vara en olycka, snarare ett konstigt virrvarr bland otaliga andra möjliga universum - och detta kommer att innebära slutet på sökandet efter en sammanhängande teori om naturen.
Den här månaden började LHC sin efterlängtade andra körning med nästan dubbelt så stor driftenergi, och fortsatte sökandet efter nya partiklar eller fenomen som skulle lösa vårt hierarkiproblem. Det finns dock en mycket verklig möjlighet att det inte kommer att finnas några nya partiklar runt hörnet, och teoretiska fysiker kommer att ställas inför sitt "mardrömsscenario". Det kommer också att få dem att tänka till.
David Kaplan
"Det är i krisögonblick som nya idéer föds", säger Jean Giudice, en teoretisk partikelfysiker vid CERN-laboratoriet nära Genève, där LHC är beläget.
Ett nytt förslag erbjuder en möjlig utväg. Forskartrion är "superexalterade", säger David Kaplan, en 46-årig teoretisk fysiker vid Johns Hopkins University i Baltimore som utvecklade modellen tillsammans med Peter Graham, 35, från Stanford University och Sarjit Rajenran, 32, från universitetet från Kalifornien, Berkeley. .
Deras lösning spårar hierarkin mellan gravitation och andra fundamentala krafter tillbaka till kosmos explosiva födelse, när, enligt forskare, två variabler som utvecklades i tandem plötsligt stannade helt. Vid denna tidpunkt fångade en hypotetisk "axion"-partikel Higgs-bosonen vid dess nuvarande massa, långt under gravitationsskala. Axionen dök upp i teoretiska ekvationer redan 1977 och existerar med största sannolikhet. Hittills har inte en enda axion upptäckts, men forskare tror att axioner kan vara så kallade "relaxioner" (från slappna av - att slappna av), vilket löser problemet med hierarki genom att "slappna av" värdet på Higgs-massan.
"Det är en väldigt, väldigt smart idé", säger Raman Sundrum, en teoretisk fysiker vid University of Maryland som inte var involverad i dess utveckling. "Kanske är det så här världen fungerar till viss del."
Inom några veckor efter att tidningen gick online hade en "ny plattform" dykt upp, fylld med forskare som ville utforska idéns svagheter och generellt sätta fingret på den, säger Nathaniel Craig, en teoretisk fysiker vid University of California, Santa Barbara.
"Det hela verkar vara en jävligt enkel möjlighet", säger Rajendran. – Vi försöker inte hoppa över huvudet på oss. Den vill bara fungera.”
Ett antal experter noterar dock att denna idé i sin nuvarande form inte är utan brister som måste övervägas noggrant. Och även om den överlever denna kritik kan det ta decennier att testa den experimentellt.
Trots all spänning som omgav upptäckten av Higgs-bosonen 2012, som fullbordade standardmodellen för partikelfysik och gav Peter Higgs och Francois Englert 2013 års Nobelpris i fysik, så kom denna upptäckt inte som en överraskning; partikelns existens och uppmätta massa på 125 GeV överensstämde med åratal av indicier. Det var dock inte detta som gjorde LHC-experterna förbryllade. Det fanns inget som kunde förena Higgs-massan med den förutspådda gravitationsrelaterade massskalan, som ligger 10 000 000 000 000 000 000 GeV bortom det experimentellt uppnåbara området.
"Problemet är att inom kvantmekaniken påverkar allt allt", förklarar Giudice. Supertunga gravitationstillstånd bör kvantmekaniskt blandas med Higgs-bosonen, vilket ger ett kraftfullt bidrag till dess massa. Men på något sätt förblir Higgs-bosonen lätt. Det är som om de otroliga faktorerna som påverkar dess massa - vissa positiva, andra negativa, men alla tiotals siffror i magnitud - tas bort på magiskt sätt och lämnar en extremt liten magnitud. Finjusterad annullering av alla dessa faktorer verkar "misstänkt", säger Giudice. Det verkar som att det måste finnas något mer.
Effekterna jämför ofta den finstämda Higgs-massan med en penna som står upprätt vid spetsen, tryckt av luftströmmar och bordsskivans vibrationer, men ändå i perfekt balans. "Det är inte ett tillstånd av omöjlighet, det är ett tillstånd av osannolikhet", säger Savas Dimopoulos från Stanford. Om du närmar dig en penna som denna, "för du först med handen över pennan för att se efter linjen som binder den i taket. Då tror du att någon stuckit en penna på tandköttet."
Fysiker har på liknande sätt letat efter en naturlig förklaring till hierarkiproblemet sedan 1970-talet, övertygade om att sökandet skulle leda dem till en mer komplett teori om naturen, kanske till och med kasta ljus över partiklar." mörk materia", det osynliga ämnet som fyller galaxer. "Naturlighet var huvudtemat för dessa studier", säger Giudice.
Sedan 1980-talet har det populäraste förslaget varit supersymmetri. Den löser hierarkinproblem genom att postulera ännu oupptäckta tvillingar för varje elementarpartikel: för en elektron - en selektron, för varje kvark - en kvark, och så vidare. Tvillingarna har motsatt effekt på massan av Higgs-bosonen, vilket gör den immun mot effekterna av supertunga gravitationspartiklar (de förnekas av effekterna av deras tvillingar).
Inga bevis på supersymmetri eller några konkurrerande idéer - som technicolor eller "förvrängda extra dimensioner" - dök upp under LHC:s första körning från 2010 till 2013. När kollideraren stängde för uppgraderingar i början av 2013, utan att hitta en enda "c-partikel" eller andra bevis på fysik utöver standardmodellen, började många experter tro att det inte fanns något hållbart alternativ. Tänk om Higgsmassan, och därmed naturlagarna, är onaturliga? Beräkningar visade att om Higgs-bosonens massa bara var några gånger större, och allt annat förblev detsamma, skulle protoner inte kunna samlas till atomer, och det skulle inte finnas några komplexa strukturer - stjärnor eller levande varelser. Tänk om vårt universum faktiskt är slumpmässigt finjusterat, som en penna balanserad på spetsen, plockad från otaliga bubbeluniversum i ett praktiskt taget oändligt multiversum helt enkelt för att livet kräver just en sådan galen, skandalös, upprörande händelse?
Denna multiversa hypotes, som har varit stor i diskussioner om hierarki sedan slutet av 1990-talet, ses av de flesta fysiker som en mycket dyster framtidsutsikt. "Jag vet bara inte vad jag ska göra med henne," säger Craig. "Vi känner inte till reglerna." Andra multiversumbubblor, om de existerar, ligger bortom gränserna för ljusets räckvidd, vilket för alltid begränsar teorierna om multiversum som vi experimentellt kan observera från vår ensamma bubbla. Och utan något sätt att avgöra var på sträckan av oändligt möjliga multiversdata våra tilldelade data ligger, blir det svårt eller omöjligt att konstruera multiversbaserade argument om varför vårt universum är som det är. "Jag vet inte när vi kommer att vara tillräckligt övertygade. Hur bestämmer man rätt ögonblick? Hur vet du?
Higgs och avkoppling
Kaplan besökte Bay Area förra sommaren för att arbeta med Graham och Rajendran, som han kände eftersom alla tre hade arbetat vid olika tidpunkter för Dimopoulos, som var en av de viktigaste utvecklarna av supersymmetri. Bakom förra året trion delade sin tid mellan Berkeley och Stanford, utbytte "embryonala idébitar", säger Graham, och utvecklade gradvis en ny, originell idé för partikelfysikens lagar.
Inspirerade av Larry Abbotts försök från 1984 att ta itu med problemet med varierande naturlighet i fysiken, försökte de ompröva Higgs-massan som en utvecklande parameter som dynamiskt kunde "slappna av" till sitt lilla värde vid tiden för kosmos födelse, snarare än att börja från en fast och till synes osannolik konstant . "Även om det tog sex månader att bli av med återvändsgränder och dumma modeller och mycket komplexa saker, fick vi en väldigt enkel bild", säger Kaplan.
Enligt deras modell beror Higgs-massan på det numeriska värdet av ett hypotetiskt fält som genomsyrar rumtiden: axionsfältet. För att sätta hans bild i perspektiv, "vi tänker på omslutandet av rymden som denna tredimensionella madrass", säger Dimopoulos. Värdet vid varje punkt i fältet beror på hur hoptryckta madrassfjädrarna är. Under en lång tid man trodde att existensen av denna madrass – och dess vibrationer i form av axioner – kunde lösa två djupa mysterier: för det första skulle axionsfältet förklara varför de flesta interaktioner mellan protoner och neutroner sker både framåt och bakåt, vilket löser den s.k. "stark CP" -problem." För det andra kan mörk materia bestå av axioner. Att lösa det hierarkiska problemet kommer att vara den tredje stora bedriften.
Historien om denna nya modell börjar när rymden var en energisk punkt. Axionmadrassen var under extremt tryck, vilket gjorde Higgs-massan enorm. När universum expanderade, slappnade källorna av, som om deras energi flödade från källorna till det nybildade utrymmet. När energin försvann minskade också Higgs-massan. När massan nådde sitt verkliga värde sjönk motsvarande variabel under noll och bytte till Higgsfältet, ett melassliknande fält som ger massa till partiklar som elektroner och kvarkar som passerar genom det. De massiva kvarkarna samverkade i sin tur med axionsfältet och skapade toppen av en metaforisk kulle längs vilken energin rullade. Axionsfältet frös, liksom Higgsmassan.
Sundrum kallar detta ett radikalt avsteg från det förflutnas modeller: den nya modellen visar hur den moderna hierarkin av massor kan ha format sig sedan kosmos födelse. Dimopoulos noterar den slående minimalismen i denna modell, som huvudsakligen använder sig av tidigare etablerade idéer. "Människor som jag, som har investerat lite i andra förhållningssätt till problemet med hierarki, skulle bli glatt överraskade över att vi inte behöver leta långt. Lösningen, placerad på Standardmodellens bakgård, var inte långt borta. Unga människor behövdes smarta människor vem skulle förstå detta."
"Detta driver upp Axions aktiekurs", tillägger han. Nyligen började Axion Dark Matter-experimentet vid University of Washington i Seattle leta efter sällsynta omvandlingar av mörk materia-axioner till ljuspartiklar inuti kraftfulla magnetfält. Nu, säger Dimopoulos, "vi måste leta ännu hårdare för att hitta den."
Men, liksom många experter, noterar Nima Arkani-Hamed från Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey, att denna spekulation bara håller på att dyka upp. Även om det är "säkert rimligt", säger han, är dess nuvarande implementering fortfarande långsökt. Till exempel, för att axionfältet ska fastna på åsarna som skapas av kvarkarna snarare än att rulla genom dem, måste den kosmiska inflationen utvecklas mycket långsammare än vad de flesta kosmologer tillåter. "Du lägger till 10 miljarder år av inflation."
Och även om axionen skulle upptäckas, skulle detta ensamt inte bevisa att det är "avslappnande" - att det är avkopplande, avslappnar värdet av Higgsmassan. Och när turbulensen i viken hade passerat började Kaplan och Graham och Rajendran utveckla idéer för hur de skulle testa sin modell. Det är trots allt möjligt att det oscillerande axionsfältet kan påverka massan av närliggande elementarpartiklar genom Higgsmassan. "Du kunde se elektronens massa fluktuera," säger Graham.
Så det kommer inte att vara möjligt att verifiera forskarnas antagande snart. (Denna modell förutsäger inte nya fenomen som LHC kan upptäcka.) Och återigen, hon har små chanser. Så många smarta antaganden har brutits genom åren att forskarna är ganska skeptiska. Den spännande nya modellen inger dock fortfarande viss optimism.
– Vi trodde att vi hade ändrat oss och att det inte fanns något nytt under solen, säger Sundrum. "Denna teori visar att människor fortfarande är intelligenta varelser och det finns gott om utrymme för nya genombrott."
