Bozon Higgsa
Bozon Higgsa (lub cząstka Higgsa) jest cząstką w Standardowym Modelu Fizyki. W latach 60. Peter Higgs był pierwszą osobą, która zasugerowała, że cząstka ta może istnieć. W dniu 14 marca 2013 r. naukowcy z CERN-u wstępnie potwierdzili, że znaleźli cząstkę Higgsa.
Cząstka Higgsa jest jedną z 17 cząstek w Modelu Standardowym, modelu fizyki, który opisuje wszystkie znane cząstki podstawowe. Cząstka Higgsa jest bozonem. Uważa się, że bozony są cząstkami, które są odpowiedzialne za wszystkie siły fizyczne. Innymi znanymi bozonami są foton, bozony W i Z oraz gluon. Naukowcy nie wiedzą jeszcze, jak połączyć grawitację z Modelem Standardowym.
Pole Higgsa jest podstawową dziedziną o kluczowym znaczeniu dla teorii fizyki cząstek elementarnych. W przeciwieństwie do innych znanych pól, takich jak pole elektromagnetyczne, pole Higgsa przyjmuje prawie wszędzie tę samą niezerową wartość. Kwestia istnienia pola Higgsa była ostatnią niezweryfikowaną częścią Standardowego Modelu Fizyki Cząstek i, według niektórych, była "głównym problemem w fizyce cząstek elementarnych".
Trudno jest wykryć bozon Higgsa. Bozon Higgsa jest bardzo masywny w porównaniu z innymi cząstkami, więc nie trwa zbyt długo. Zazwyczaj nie ma w pobliżu bozonu Higgsa, ponieważ potrzeba tyle energii, aby go stworzyć. Wielki Zderzacz Hadronów w CERN został zbudowany głównie z tego powodu. Przyspiesza on dwa wiązki cząstek do niemalże lekkiej prędkości (poruszające się w przeciwnych kierunkach), zanim ustawi je na ścieżce zderzenia ze sobą.
Każde zderzenie wywołuje lawinę nowych cząstek, które są wykrywane przez detektory wokół miejsca zderzenia. Nadal istnieje bardzo mała szansa, jedna na 10 miliardów, na pojawienie się i wykrycie bozonu Higgsa. Aby znaleźć kilka zderzeń z dowodami na istnienie bozonu Higgsa, LHC rozbija razem biliony cząstek, a superkomputery przesiewają ogromną ilość danych.
Bozony Higgsa przestrzegają prawa o zachowaniu energii, które mówi, że żadna energia nie jest tworzona ani niszczona, ale zamiast tego może być przekazywana lub zmieniać formę. Po pierwsze, energia zaczyna się w bozonie gauge'a, który wchodzi w interakcję z polem Higgsa. Energia ta jest w formie energii kinetycznej jako ruch. Po tym jak bozon gauge'a wchodzi w interakcję z polem Higgsa, spowalnia on. Spowolnienie to zmniejsza ilość energii kinetycznej w bozonie gauge'a. Zmniejsza to ilość energii kinetycznej w bozonie. Jednak energia ta nie jest niszczona. Zamiast tego, energia z ruchu przechodzi do pola i jest zamieniana na energię masową, która jest energią zmagazynowaną w masie. Stworzona masa może stać się tym, co nazywamy bozonem Higgsa. Ilość utworzonej masy pochodzi ze słynnego równania Einsteina E=mc2, które mówi, że masa jest równa dużej ilości energii (na przykład, 1 kg masy odpowiada prawie 90 kwadrylionom dżuli energii - takiej samej ilości energii zużywanej przez cały świat w ciągu około godziny i jednej czwartej w 2008 roku). Ponieważ ilość masy-energii wytworzonej przez pole Higgsa jest równa ilości energii kinetycznej, którą bozon gauge'a stracił przez spowolnienie, energia jest zachowywana.
Bozony Higgsa są używane w różnych opowieściach science fiction. Fizyk Leon Lederman nazwał go w 1993 roku "boską cząsteczką".
Komputerowo generowany obraz interakcji Higgsa
Odkrycie
12 grudnia 2011 r. obie drużyny na Wielkim Zderzaczu Hadronów szukające bozonu Higgsa, ATLAS i CMS, ogłosiły, że w końcu widziały wyniki, które mogą sugerować istnienie bozonu Higgsa; nie wiedziały jednak na pewno, czy to prawda.
4 lipca 2012 r. zespoły na Wielkim Zderzaczu Hadronów zadeklarowały, że odkryły cząsteczkę, która ich zdaniem jest bozonem Higgsa.
14 marca 2013 roku zespoły przeprowadziły znacznie więcej testów i ogłosiły, że teraz uważają, iż nowa cząstka jest bozonem Higgsa.
Pytania i odpowiedzi
P: Czym jest bozon Higgsa?
O: Bozon Higgsa to cząstka w Modelu Standardowym fizyki. Po raz pierwszy została zasugerowana przez Petera Higgsa w latach 60-tych XX wieku, a jej istnienie zostało potwierdzone przez naukowców w CERN 14 marca 2013 roku. Jest jedną z 17 cząstek w Modelu Standardowym i należy do bozonów, które uważa się za odpowiedzialne za siły fizyczne.
P: Jak działa pole Higgsa?
O: Pole Higgsa jest polem fundamentalnym, które prawie wszędzie przyjmuje niezerową wartość. Było ostatnią niezweryfikowaną częścią Modelu Standardowego, a jego istnienie było postrzegane jako "centralny problem fizyki cząstek elementarnych". Gdy oddziałują z nim bozony cechujące się manewrowością, zwalniają, a ich energia kinetyczna przechodzi w tworzenie energii masowej, która staje się tym, co nazywamy bozonem Higgsa. Proces ten jest zgodny z prawem zachowania energii, gdzie żadna energia nie jest tworzona ani niszczona, lecz może być przekazywana lub zmieniać formę.
P: Dlaczego trudno jest wykryć bozon Higgsa?
O: Bozon Higgsa ma bardzo dużą masę w porównaniu z innymi cząstkami, więc nie trwa zbyt długo. Zwykle nie ma ich w pobliżu, ponieważ do ich powstania potrzeba bardzo dużo energii. Aby je znaleźć, naukowcy wykorzystują superkomputery, które przesiewają ogromne ilości danych z bilionów zderzeń cząstek w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN. Nawet wtedy istnieje niewielka szansa (jedna na 10 miliardów), że pojawi się i zostanie wykryty ślad Higgsa.
P: Jakie są inne znane bozony?
O: Inne znane bozony to fotony, bozony W i Z oraz gluony.
P: Jak równanie Einsteina E=mc2 odnosi się do tworzenia masy-energii z energii kinetycznej?
O: Słynne równanie Einsteina mówi, że masa jest równa bardzo dużej ilości energii (np. 1 kg = 90 kwadrylionów dżuli). Gdy energia kinetyczna bozonów oddziałujących z polem Higgsa spowalnia, ta sama ilość energii kinetycznej przechodzi w tworzenie energii masowej, która staje się tym, co nazywamy bozonem Higgsa - w ten sposób zachowując całkowitą energię zgodnie z prawem zachowania.
P: Jaką rolę odgrywają historie science fiction w zrozumieniu działania higgsbozonów?
O: W opowieściach science fiction często pojawiają się higgsbosony, ale te historie niekoniecznie dostarczają dokładnych informacji naukowych na temat ich działania - służą raczej celom rozrywkowym!
