Pole Higgsa
Pole Higgsa jest polem energii, o którym myśli się, że istnieje w każdym regionie wszechświata. Polu temu towarzyszy podstawowa cząstka znana jako bozon Higgsa, która jest używana przez pole do ciągłego oddziaływania z innymi cząstkami, takimi jak elektron. Cząstki, które oddziałują z polem mają "określoną" masę i w podobny sposób jak obiekt przechodzący przez syrop (lub melasę), stają się wolniejsze, gdy przez niego przechodzą. Rezultatem "nabierania" przez cząstkę masy z pola jest uniemożliwienie jej możliwości podróżowania z prędkością światła.
Sama masa nie jest wytwarzana przez pole Higgsa; akt tworzenia materii lub energii z niczego naruszałby prawa zachowania. Masa jest jednak uzyskiwana przez cząstki poprzez ich oddziaływania pola Higgsa z Bosonem Higgsa. Bozony Higgsa zawierają względną masę w postaci energii i gdy pole to obdarzy dawną bezmasową cząstkę, cząstka ta zwolni, ponieważ stała się "ciężka".
Gdyby pole Higgsa nie istniało, cząstki nie miałyby masy niezbędnej do przyciągania się nawzajem i pływałyby swobodnie z prędkością światła. Ponadto, grawitacja nie istniałaby, ponieważ nie byłoby masy, która przyciągałaby inną masę.
Nadanie masy przedmiotowi jest określane jako efekt Higgsa. Efekt ten przenosi masę lub energię na każdą cząsteczkę, która przez niego przechodzi. Światło, które przez nie przechodzi, zyskuje energię, a nie masę, ponieważ jego forma falowa nie ma masy, podczas gdy jego forma cząsteczkowa stale przemieszcza się z prędkością światła.
Komputerowo generowany obraz interakcji Higgsa
Efekt Higgsa
Efekt Higgsa został po raz pierwszy teoretyzowany w 1968 roku przez pisarzy PRL-owskiej symetrii łamiących papiery. W 1964 r. trzy zespoły napisały prace naukowe, w których zaproponowały pokrewne, lecz różne podejścia do wyjaśnienia, jak może powstać masa w lokalnych teoriach mierniczych.
W 2013 roku bozon Higgsa, a domyślnie efekt Higgsa, został wstępnie udowodniony w Wielkim Zderzaczu Hadronów (a bozon Higgsa został odkryty 4 lipca 2012 roku). Efekt ten był postrzegany jako znalezienie brakującego fragmentu Modelu Standardowego.
Zgodnie z teorią przyrządów pomiarowych (teoria leżąca u podstaw Modelu Standardowego), wszystkie cząstki przenoszące siłę powinny być bezmasowe. Jednakże, cząstki przenoszące siłę, które pośredniczą w przenoszeniu słabej siły, mają masę. Wynika to z efektu Higgsa, który przełamuje symetrię SU(2); (SU oznacza specjalną jednostkową, rodzaj macierzy, a 2 odnosi się do wielkości zaangażowanych macierzy).
Symetria systemu jest operacją wykonywaną na systemie, taką jak obrót lub przemieszczenie, która pozostawia system zasadniczo niezmieniony. Symetria stanowi również regułę, która określa, w jaki sposób coś powinno zawsze działać, o ile nie zostało podjęte działanie z zewnątrz. Przykładem jest Kostka Rubika. Jeśli weźmiemy kostkę Rubika i zakodujemy ją, wykonując dowolne ruchy, to i tak możemy ją rozwiązać. Ponieważ każdy ruch, który wykonujemy nadal pozostawia kostkę Rubika do rozwiązania, możemy powiedzieć, że są to "symetrie" kostki Rubika. Razem tworzą one coś, co nazywamy grupą symetrii sześcianu Rubika. Wykonanie któregokolwiek z tych ruchów nie zmienia zagadki, zawsze pozostawiając ją do rozwiązania. Możemy jednak przełamać tę symetrię, robiąc coś w rodzaju rozbierania kostki i składania jej z powrotem w zupełnie niewłaściwy sposób. Bez względu na to, jakich ruchów teraz spróbujemy, nie jest możliwe rozwiązanie sześcianu. Rozbicie sześcianu na części i złożenie go z powrotem w niewłaściwy sposób jest "siłą zewnętrzną": Bez tej zewnętrznej siły, nic, co robimy z kostką, nie czyni jej nierozwiązywalną. Symetria kostki Rubika polega na tym, że pozostaje ona nierozwiązywalna bez względu na to, jaki ruch wykonamy, dopóki nie rozdzielimy kostki.
Stworzenie bozonu Higgsa
Sposób, w jaki łamana jest symetria SU(2), znany jest jako "spontaniczne łamanie symetrii". Spontaniczne oznacza przypadkowe lub nieoczekiwane, Symetrie to zasady, które s± zmieniane, a łamanie odnosi się do faktu, że symetrie nie s± już takie same. Efektem spontanicznego łamania symetrii SU(2) może być bozon Higgsa.
Przyczyna efektu Higgsa
Efekt Higgsa występuje, ponieważ natura "dąży" do najniższego stanu energetycznego. Efekt Higgsa wystąpi, ponieważ bozony miernicze w pobliżu pola Higgsa będą chciały być w swoich najniższych stanach energetycznych, a to złamałoby przynajmniej jedną symetrię.
Aby uzasadnić nadanie masy niedoszłej, bezmasowej cząsteczce, naukowcy zostali zmuszeni do zrobienia czegoś niezwykłego. Założyli oni, że próżnia (pusta przestrzeń) faktycznie posiada energię, i w ten sposób, jeśli cząstka, którą uważamy za bezmasową, wejdzie do niej, energia z próżni zostanie przeniesiona na tę cząstkę, dając jej masę. Matematyk o nazwisku Jeffrey Goldstone udowodnił, że jeśli naruszysz symetrię (na przykład, symetria z kostką Rubika byłaby, gdybyś stwierdził, że narożniki muszą być zawsze obrócone o 0 lub 3 razy, aby mogły być rozwiązane (to działa)), nastąpi reakcja. W przypadku kostki Rubika, kostka ta stanie się nierozwiązywalna, jeśli zostanie naruszona. W przypadku pola Higgsa powstaje coś o nazwie Jeffrey Goldstone (i inny współpracujący z nim naukowiec o nazwisku Yoichiro Nambu), bozon Nambu-Goldstone. Jest to podniecona lub energetyczna forma próżni, która może zostać pochwycona ujawniając to pokazane powyżej. Po raz pierwszy wyjaśnił to Peter Higgs.
Tak zwany "Mexican Hat Potential"
Pytania i odpowiedzi
P: Czym jest pole Higgsa?
O: Pole Higgsa to pole energii, które, jak się uważa, istnieje w każdym obszarze wszechświata.
P: Czym jest fundamentalna cząstka związana z polem Higgsa?
O: Fundamentalną cząstką związaną z polem Higgsa jest bozon Higgsa.
P: Co się dzieje, gdy cząstki oddziałują z polem Higgsa?
O: Cząstki oddziałujące z polem Higgsa "otrzymują" masę i stają się wolniejsze, gdy przez nie przechodzą.
P: Czy pole Higgsa generuje masę?
O: Nie, pole Higgsa nie generuje masy. Cząstki zyskują masę poprzez oddziaływanie z bozonem Higgsa.
P: W wyniku czego cząstka uzyskuje masę od pola Higgsa?
O: Rezultatem uzyskania przez cząstkę masy od pola Higgsa jest uniemożliwienie jej poruszania się z prędkością światła.
P: Co by się stało, gdyby pole Higgsa nie istniało?
O: Gdyby pole Higgsa nie istniało, cząstki nie miałyby masy wymaganej do wzajemnego przyciągania się i unosiłyby się swobodnie z prędkością światła.
P: Czym jest efekt Higgsa?
O: Efekt Higgsa odnosi się do procesu nadawania masy obiektowi, który zachodzi, gdy cząstki przechodzą przez pole Higgsa i oddziałują z bozonem Higgsa.
