Higso bozonas
Higso bozonas (arba Higso dalelė) yra fizikos standartinio modelio dalelė. XX a. septintajame dešimtmetyje Piteris Higgsas pirmasis užsiminė, kad ši dalelė gali egzistuoti. 2013 m. kovo 14 d. CERN mokslininkai preliminariai patvirtino, kad rado Higso bozono dalelę.
Higso dalelė yra viena iš 17 Standartinio modelio - fizikos modelio, apibūdinančio visas žinomas pagrindines daleles - dalelių. Higgso dalelė yra bozonas. Manoma, kad bozonai yra dalelės, kurios lemia visas fizikines jėgas. Kiti žinomi bozonai yra fotonas, W ir Z bozonai bei gliuonas. Mokslininkai dar nežino, kaip sujungti gravitaciją su standartiniu modeliu.
Higso laukas yra fundamentalus laukas, labai svarbus dalelių fizikos teorijai. Skirtingai nuo kitų žinomų laukų, pavyzdžiui, elektromagnetinio lauko, Higso laukas beveik visur įgyja tą pačią nenulinę vertę. Higgso lauko egzistavimo klausimas buvo paskutinė nepatvirtinta dalelių fizikos standartinio modelio dalis ir, pasak kai kurių, buvo "pagrindinė dalelių fizikos problema".
Higso bozoną aptikti sunku. Higso bozonas yra labai masyvus, palyginti su kitomis dalelėmis, todėl jis ilgai neišsilaiko. Paprastai Higso bozonų aplinkui nebūna, nes jam sukurti reikia labai daug energijos. Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas CERN buvo pastatytas daugiausia dėl šios priežasties. Jis pagreitina du dalelių pluoštus beveik iki šviesos greičio (skriejančius priešingomis kryptimis) ir tik tada nukreipia juos susidurti vienas su kitu.
Kiekvieno susidūrimo metu susidaro naujų dalelių srautas, kurį aptinka detektoriai aplink susidūrimo vietą. Vis dar yra tik labai maža tikimybė, viena iš 10 milijardų, kad Higso bozonas atsiras ir bus aptiktas. Norint rasti tuos kelis susidūrimus, kuriuose aptinkamas Higgso bozonas, LHC sutriuškina trilijonus dalelių, o superkompiuteriai peržiūri didžiulį duomenų kiekį.
Higgso bozonai paklūsta energijos išsaugojimo dėsniui, kuris teigia, kad jokia energija nėra sukuriama ar sunaikinama, bet gali būti perduodama arba keisti savo formą. Pirmiausia energija prasideda gabaritiniame bozone, kuris sąveikauja su Higgso lauku. Ši energija yra kinetinės energijos, kaip judėjimo, pavidalo. Po to, kai gabaritinis bozonas sąveikauja su Higgso lauku, jis sulėtėja. Šis sulėtėjimas sumažina gabaritinio bozono kinetinės energijos kiekį. Tačiau ši energija nesunaikinama. Priešingai, judėjimo energija patenka į lauką ir virsta masės energija, t. y. energija, sukaupta masėje. Sukurta masė gali tapti tuo, ką vadiname Higso bozonu. Sukurtos masės kiekis kyla iš garsiosios Einšteino lygties E=mc2, kuri teigia, kad masė lygi dideliam energijos kiekiui (pavyzdžiui, 1 kg masės atitinka beveik 90 kvadrilijonų džaulių energijos - tiek energijos 2008 m. visas pasaulis sunaudojo maždaug per pusketvirtos valandos). Kadangi Higgso lauko sukurtos masės energijos kiekis yra lygus kinetinės energijos kiekiui, kurį gabaritinis bozonas prarado lėtėdamas, energija išlieka.
Higgso bozonai naudojami įvairiose mokslinės fantastikos istorijose. Fizikas Leonas Ledermanas 1993 m. jį pavadino "Dievo dalele".
Kompiuteriu sukurtas Higgso sąveikos vaizdas
Atradimas
2011 m. gruodžio 12 d. dvi Didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo komandos, ieškančios Higso bozono, ATLAS ir CMS, paskelbė, kad pagaliau gavo rezultatų, kurie leidžia manyti, jog Higso bozonas egzistuoja; tačiau jos dar nežinojo, ar tai tiesa.
2012 m. liepos 4 d. Didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo komandos paskelbė atradusios dalelę, kuri, jų manymu, yra Higso bozonas.
2013 m. kovo 14 d. komandos atliko daugiau bandymų ir paskelbė, kad, jų nuomone, naujoji dalelė yra Higso bozonas.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra Higso bozonas?
A: Higso bozonas yra fizikos standartinio modelio dalelė. Pirmą kartą ją XX a. septintajame dešimtmetyje pasiūlė Piteris Higgsas, o 2013 m. kovo 14 d. CERN mokslininkai patvirtino, kad ji egzistuoja. Tai viena iš 17 Standartinio modelio dalelių ir yra bozonas, kuris, kaip manoma, yra atsakingas už fizikines jėgas.
Klausimas: Kaip veikia Higgso laukas?
A: Higso laukas yra fundamentalusis laukas, kuris beveik visur įgyja nenulinę reikšmę. Jis buvo paskutinė nepatvirtinta Standartinio modelio dalis, o jo egzistavimas buvo laikomas "pagrindine dalelių fizikos problema". Kai matuojamieji bozonai su juo sąveikauja, jie sulėtėja, o jų kinetinė energija pereina į masės energijos kūrimą, kuri tampa tuo, ką vadiname Higgso bozonu. Šis procesas paklūsta energijos išsaugojimo dėsniui, pagal kurį jokia energija nesukuriama ir nesunaikinama, o gali būti perduodama arba keisti formą.
Klausimas: Kodėl sunku aptikti Higso bozoną?
A: Higso bozono masė, palyginti su kitomis dalelėmis, yra labai didelė, todėl jis ilgai neišsilaiko. Paprastai aplinkui jų nebūna, nes jam sukurti reikia labai daug energijos. Norėdami juos surasti, mokslininkai superkompiuteriais persijoja didžiulius duomenų kiekius, gautus iš trilijonų dalelių susidūrimų CERN Didžiajame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve (LHC). Net ir tada yra tik nedidelė tikimybė (viena iš 10 mlrd.), kad Higgso bozono požymiai atsiras ir bus aptikti.
Klausimas: Kokie dar žinomi bozonai?
A: Kiti žinomi bozonai yra fotonai, W ir Z bozonai ir gliuonai.
K: Kaip Einšteino lygtis E=mc2 susijusi su masės energijos kūrimu iš kinetinės energijos?
A: Garsioji Einšteino lygtis teigia, kad masė lygi labai dideliam energijos kiekiui (pavyzdžiui, 1 kg = 90 kvadrilijonų džaulių). Kai kinetinė energija, gaunama iš gabaritinių bozonų, sąveikaujančių su Higgso lauku, sulėtėja, tas pats kinetinės energijos kiekis pereina į masės energijos kūrimą, kuri tampa tuo, ką vadiname Higgso bozonu, taip išsaugant bendrą energiją pagal išsaugojimo dėsnius.
Klausimas: Kokį vaidmenį atlieka mokslinės fantastikos istorijos, padedančios suprasti, kaip veikia Higgso bozonai?
A.: Mokslinės fantastikos istorijų siužetuose dažnai figūruoja Higgso bozonai, tačiau šiose istorijose nebūtinai pateikiama tiksli mokslinė informacija apie tai, kaip jie veikia - jos labiau skirtos pramogai nei kam kitam!
