Seltsame "Techni-Quarks" können im Inneren Higgs-Boson Teilchen lauern.

Aktualisierte 4 April um 10:51 Uhr ET.

Das Higgs-Boson – ein Teilchen zu erklären, wie andere Teilchen ihre Masse gedacht – ist winzig, aber es kann nicht sein, das kleinste Teilchen noch. Theorien haben das bestehen aus noch kleineren Teilchen, aus denen sich das Higgs könnte lange vorhergesagt, und jüngste Untersuchungen legen nahe, dass diese Pip-squeaks, genannt Techni-Quarks, wahrscheinlich im Universum lauern.

Allerdings dauert das Upgrade des Large Hadron Collider (LHC) – leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt – oder die nächste Generation der Atomwissenschaftler, vor Ort diese Higgs-Komponenten, SaidThomas Ryttov, ein Physiker an der University of Southern Denmark.

"Wir haben es bis auf nur wenige Theorien, die die richtigen Eigenschaften und Merkmale, das Higgs-Teilchen und der Higgs-Mechanismus erklären haben genagelt," sagte Ryttov.

Das Higgs-Boson entdeckte im Jahr 2012 auf dem Large Hadron Collider am CERN in der Schweiz. Wissenschaftler Peter Higgs, aus dem Vereinigten Königreich und Francois Englert aus Belgien – gearbeitet, die beide auf der Theorie der Higgs-erhielt den 2013-Nobelpreis für Physik für ihre Forschung. [Über Higgs: 5 schwer fassbaren Teilchen, die im Universum lauern können]

Natürlichkeit-problem

Aber es gibt ein Problem mit nur einem einzigen grundlegenden Higgs.

Dieses Teilchen soll erklären, warum die grundlegenden Bausteine der Materie Masse haben. Jedoch das Vakuum-Physiker im Rahmen der Quantenfeldtheorie Verständnis die mathematische Theorie, auf denen alle Ergebnisse in der Teilchenphysik, basieren – ist nicht leer, sondern besteht aus einer Vielzahl unsichtbarer "virtuelle" Teilchen, die ständig ein-und Existenz pop. Virtuelle sind Teilchen erstellt und dann schnell vernichtet.

Wenn das Vakuum Higgs-Teilchen durchlaufen, sie sollen um mit allen dieser virtuelle Teilchen, in dem Prozess, ihre eigenen Masse zu große Werte zu interagieren – rund 100 Millionen Milliarden Mal größer als die gemessen am LHC. Ihre Masse sollte daher dann vergleichbar mit sogenannten die Planck-Masse ist die grundlegende Einheit der Masse im System der Planck-Einheiten, 2,18 × 10^-8 kg entspricht.

"Die Frage ist, dann, warum das Higgs Masse gemessen ist so viel leichter als die Planck-Masse" Ryttov sagte. "Das ist genau das Problem."

Für diese Massenzuwachs nicht zu passieren, die regierende Theorie der Teilchenphysik – genannt das Standardmodell – erfordert ein hohes Maß an Feinabstimmung, für die Unterschiede in den gemessenen Higgs-Masse und ihre so genannten "nackten Masse" oder schwerer Masse zu korrigieren.

Diese Notwendigkeit zur Feinabstimmung ist bekannt als das Problem der Natürlichkeit – "ein Dorn im Auge des theoretischen Teilchenphysiker," sagte Ryttov. "Die Theorie ist nicht so schön und elegant wie wir erwarten würden, aus einer Theorie, die im Prinzip beschreiben sollte, dass alle auf der grundlegendsten Ebene wichtig. Das Standardmodell braucht eine enorme Menge an Fine-Tuning", fügte er hinzu.

Um die Notwendigkeit einer Feinabstimmung und noch eine Frage beantworten die Higgs-Masse zu entfernen, haben Physiker Erweiterungen des Standardmodells, vorgeschlagen, die bekannteste davon Supersymmetrie ist. Diese Theorie schlägt vor, ein schwerer Superparticle oder "Sparticle," für jedes Teilchen des Standardmodells. Sparticles würde dann heben die Wirkung der virtuellen Teilchen im Vakuum, Senkung der Higgs-Mass und entfällt die Notwendigkeit für eine Feinabstimmung.

Keiner von diesen hypothetischen supersymmetrischen Teilchen sind so weit, aber beobachtet worden.

Gehen kleinere

Aber es gibt viele theoretische Hinweise darauf, dass das Higgs-Teilchen eine zusammengesetzte sein könnte – von einigen anderen, kleineren Teilchen, genannt Techni-Quarks, sagte Ryttov. "Das Problem verdampft, wenn das Higgs-Teilchen aus kleineren Steinen der Natur besteht, die über eine neue Kraft verbinden – die Technicolor-Kraft — Higgs, ähnlich wie Quarks zusammenbinden zu bilden bilden Protonen und Neutronen," sagte er.

Hier ist wie Techni-Quarks die Masse Problem lösen würde: große Korrekturen an die Masse des Higgs in der Standardausführung sind notwendig, weil es eine fundamentale Teilchen sein soll – in anderen Worten, nicht von etwas anderem gemacht – mit verschwinden, oder Null, spin. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Techni-Quarks sind Partikel mit einer Drehung der Hälfe, Ryttov gesagt, so durch die Kombination von zwei Techni-Quarks, es möglich ist, eine zusammengesetzte Teilchen mit verschwindenden Spin, wie z. B. das Higgs zu machen. "Es stellt sich heraus, dass Theorien nur Techni-Quarks keine Natürlichkeit-Problem haben," sagte Ryttov.

Die Idee der Techni-Quarks ist seit den späten 1970er Jahren, aber vor kurzem gab es mehrere wichtige Entwicklungen und Verbesserungen der ursprünglichen Modelle.

In ihrem neuesten Artikel auf der Prepublish Website Arxiv, detaillierte Ryttov und seine Kollegen haben argumentiert wieder einmal, dass das Higgs müssen eine innere Struktur, Nagelung ein paar Theorien, die "die richtigen Eigenschaften zu beheben das Problem der Feinabstimmung des Standardmodells und die subatomare Welt wieder in Einklang zu bringen", sagte der Forscher.

Hierzu hat Ryttov untersucht eine Reihe von Theorien, die der Umgang mit einer zusammengesetzten Higgs, um festzustellen, ob in ihnen, die übersehen wurden keine Schwächen könnte. Allerdings, "sie alle kamen stark, darauf hinweist, dass gäbe es etwas reales über ein Higgs-gemacht von noch mehr Bausteine," sagte er.

Dunklen Materie zu verstehen

Theoretischer Physiker Kimmo Tuominen der Universität Helsinki in Finnland, der nicht Ryttovs Arbeit beteiligt war, sagte der dänische Physiker Papier verstärkt die Grundlage für die früheren Modelle, erhöhen ihre Attraktivität als Beschreibung der Natur.

Und obwohl die innere Struktur der Higgs noch spekulativ ist, sagte er "Techni-Quarks bleiben eine praktikable Möglichkeit, die gründlich untersucht werden sollte" in zukünftige Experimente, Leben-Wissenschaft.

Sobald der LHC in 2015, aufgewacht ist, nach seinem Nap während eines technischen Upgrades werden es bei einem maximalen Aufprallenergie von 14 Tera-Electronvolts (TeV) — und sondieren die Natur des Higgs-Teilchens im Detail wird eines der Hauptziele der Collider.

"Weitere Datensammlung bei höheren Energien der Kollision [uns] Technicolor Modelle weiter zu testen," sagte Tuominen. "Wenn es entdeckt wurden, dass das Higgs-Teilchen mehr elementaren Bestandteilen besteht, würde es bedeuten, dass es eine neue grundlegende Kraft, und diese Theorien könnte dann auch ein Verständnis der dunklen Materie bieten."

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um ein Minus-Zeichen Hochstellen der Planck-Masse hinzufügen.

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