Čo je Higgsov bozón?

(sakkmesterke/iStock/Getty Images)

Aby som porozumel Higgsovi bozón , naozaj sa musíme najprv porozprávať o Higgsovom poli. Toto pole dáva určitým základným časticiam ich hmotnosť a zároveň oddeľuje dve z nichštyri základné silyprírody od seba navzájom.

Existencia poľa bola prvýkrát teoretizovaná na začiatku 60. rokov 20. storočia, pričom fyzici zvažovali dôsledky hypotetického poľa, ktoré by vysvetlilo, ako elektromagnetizmus a slabá sila sa oddelili a prečo nejaké prenášanie sily ( alebo meradlo ) častice majú hmotnosť (ako W a Z bozóny ), zatiaľ čo iné (ako fotóny) nie.

Britský fyzik Peter Higgs bol jedným z mnohých výskumníkov pracujúcich na tomto modeli. Jeho meno sa odvtedy stalo synonymom poľa, jeho častice a mechanizmu pôsobenia.



Čo je teda Higgsov bozón?

Rovnako ako u všetkých kvantových polí, aj v Higgsovom poli vzniká vlastný druh základnej častice, Higgsov bozón. Je to relatívne ťažký, nenabitý, vysoko nestabilný bozón (častica nesúca silu, jedna s nulovým spinom), ktorý existuje na žmurknutie predlámaniedo niekoľkých z rôznych druhoviné častice.

V roku 2012 , práve takúto časticu zachytili dva detektory Veľkého hadrónového urýchľovača, čo oficiálne viedlo k začleneniu Higgsovho bozónu do Štandardný model a poskytnutie silných dôkazov pre Higgsov mechanizmus.

Čo dáva časticiam ich hmotnosť?

V každodennom živote prežívame masu ako odpor k pohybu. Veci s veľkou hmotnosťou sa ťažko pohybujú; akonáhle sú v pohybe, je ťažké ich zastaviť.

Formulácia Alberta Einsteina špeciálna teória relativity nám dáva iný spôsob, ako vidieť hmotu – je to vyjadrenie energie objektu.

Keď nehybne sedíte, objekt má hmotnosť, ktorá sa rovná jeho energii vydelenej druhou mocninou rýchlosti svetla – to je skomoleniny známeho vzorca E=mc2. Urobte pohyb objektu, najmä rýchlosťou blízkou svetla, a získa energiu, ktorá pôsobí ako hmota.

Atómy získavajú väčšinu svojej hmoty z energetického bzučania častíc nazývaných kvarky, ktoré sa pohybujú vo vnútri ich jadier a sú navzájom spojené silnou silou.

Napriek tomu aj samotné kvarky majú hmotnosť. Rovnako ako okolité elektróny. Keďže v nich nič „nebzučí“, je potrebná určitá aktivita, ktorá by zodpovedala energii, ktorá by sa rovnala ich hmotnosti v pokoji.

Ba čo viac, v polovici 20. storočia fyzici objavili predchádzajúce modely popisujúce kalibračné bozóny, ktoré sa nezhodovali s pozorovaniami; častice krátkeho dosahu, ako sú bozóny W a Z slabej sily, boli 80-krát hmotnejšie ako celý protón, zatiaľ čo ďalekosiahly fotón elektromagnetického poľa nemal vôbec žiadnu hmotnosť.

Fyzici sa zúfalo snažili nájsť dôvod pre tieto rozdiely v hmotnosti a prečo boli tieto dve oblasti také odlišné.

Ako Higgsovo pole dáva základným časticiam ich hmotnosť?

Pri šialene vysokých teplotách v chvíľach po Veľký tresk polia elektromagnetizmu a slabej jadrovej sily by boli navzájom prakticky totožné.

Ako sa vesmír rozpínal a ochladzoval, dve polia by sa odlíšili – jedno pracujúce s ťažkými bozónmi, ktoré pôsobili na krátku vzdialenosť jadra, druhé s dostatočne ľahkými bozónmi na to, aby sa dostali cez obrovské úseky vesmíru.

Podobné vysvetlenia tohto rozdelenia – a rozdielu v hmotnostiach – prišli od niekoľkých skupín fyzikov z celého sveta. História uznáva návrh Higgsa a kolegovFrancois Englerta Robert Brout v roku 1964 na základe nového typu kvantového poľa, ktoré bolo aktívne všade, dokonca aj v prázdnom priestore.

Pole s nenulovou hodnotou v každom kúte vesmíru by narušilo základnú rovnováhu v kvantovej mechanike, ktorá by teoreticky mala generovať druh časticepokusmi vylúčené .

Higgs, Englert a Brout však ukázali, že ak by toto hypotetické pole bolo spojené s poľom zodpovedným za slabú silu, nepríjemná častica, ktorú nikto nevidel, by bola pohltená a zanechala by za sebou niekoľko ťažkých bozónov W a Z a relatívne ťažké, spin- menej nenabitého 'Higgsovho' bozónu (ktorý by sa rýchlo rozpadol).

Predstavte si Higgsovo pole ako cukráreň s bozónmi, ktoré sa zdráhajú ponáhľať, keď jedia čokoládu, len aby za nimi zostala kopa krátkotrvajúcich „Higgsových obalov“.

Čoskoro sa ukázalo, že rovnaký proces bude fungovať takmer pre akékoľvek kvantové pole; Higgsovo pole vysvetľuje hmotnosti radu iných základných častíc –ako sú kvarkya elektróny – ktoré všetky odolávajú tlačeniu, keď si chvíľku liečia chuť na sladké.

Kontrolóri faktov určili, že všetky vysvetľovače sú správne a relevantné v čase zverejnenia. Text a obrázky môžu byť zmenené, odstránené alebo pridané ako redakčné rozhodnutie, aby boli informácie aktuálne.

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.