Higso laukas
Higso laukas - tai energijos laukas, kuris, kaip manoma, egzistuoja kiekviename visatos regione. Šį lauką lydi fundamentalioji dalelė, vadinamoji Higso bozonas, kuri šiame lauke nuolat sąveikauja su kitomis dalelėmis, pavyzdžiui, elektronu. Dalelėms, sąveikaujančioms su lauku, "suteikiama" masė ir, panašiai kaip objektas, einantis per drebulę (arba melasą), praeidamas pro ją tampa lėtesnis. Dalelės, kuri iš lauko "gauna" masę, negali keliauti šviesos greičiu.
Higgso laukas nesukuria pačios masės; materijos ar energijos sukūrimas iš nieko pažeistų išsaugojimo dėsnius. Tačiau masę dalelės įgyja dėl Higgso lauko sąveikos su Higgso bozonu. Higgso bozonuose santykinė masė yra energijos pavidalu, ir kai laukas suteikia anksčiau masės neturėjusiai dalelei masę, ši dalelė sulėtėja, nes dabar ji tampa "sunki".
Jei Higgso lauko nebūtų, dalelės neturėtų masės, reikalingos viena kitai pritraukti, ir laisvai skraidytų šviesos greičiu. Taip pat neegzistuotų gravitacija, nes nebūtų masės, kuri pritrauktų kitą masę.
Masės suteikimas objektui vadinamas Higso efektu. Šis efektas perduoda masę arba energiją bet kuriai pro jį praeinančiai dalelei. Pro jį praeinanti šviesa įgyja energijos, o ne masės, nes jos bangos forma neturi masės, o jos dalelės forma nuolat sklinda šviesos greičiu.
Kompiuteriu sukurtas Higgso sąveikos vaizdas
Higso efektas
Pirmą kartą teoriją apie Higso efektą 1968 m. pateikė PRL simetrijos laužymo darbų autoriai. 1964 m. trys mokslininkų grupės parašė mokslinius straipsnius, kuriuose pasiūlė susijusius, bet skirtingus požiūrius, kaip paaiškinti, kaip masė gali atsirasti lokaliose matuojamosiose teorijose.
2013 m. Higso bozonas ir netiesiogiai Higso efektas buvo preliminariai įrodyti Didžiajame hadronų greitintuve (Higso bozonas buvo atrastas 2012 m. liepos 4 d.). Šis efektas buvo vertinamas kaip trūkstamos standartinio modelio dalies atradimas.
Pagal matuojamąją teoriją (teorija, kuria grindžiamas standartinis modelis) visos jėgą perduodančios dalelės turėtų būti be masės. Tačiau silpnąją jėgą perduodančios jėgos dalelės turi masę. Taip yra dėl Higso efekto, kuris pažeidžia SU(2) simetriją (SU reiškia specialiąją unitarinę matricą, o 2 reiškia susijusių matricų dydį).
Sistemos simetrija - tai su sistema atliktas veiksmas, pavyzdžiui, sukimas ar poslinkis, dėl kurio sistema iš esmės nesikeičia. Simetrija taip pat nustato taisyklę, kaip kas nors visada turėtų veikti, jei neveikia išorinė jėga. Pavyzdys - Rubiko kubas. Jei paimtume Rubiko kubą ir jį užšifruotume atlikdami bet kokius judesius, vis tiek būtų įmanoma jį išspręsti. Kadangi po kiekvieno mūsų atlikto judesio Rubiko kubas vis tiek lieka išsprendžiamas, galime sakyti, kad šie judesiai yra Rubiko kubo "simetrijos". Kartu jie sudaro vadinamąją Rubiko kubo simetrijos grupę. Atlikus bet kurį iš šių judesių, galvosūkis nepasikeičia ir visada lieka išsprendžiamas. Tačiau galime pažeisti šią simetriją, pavyzdžiui, išardyti kubą ir vėl jį sudėti visiškai neteisingai. Nesvarbu, kokius ėjimus dabar bandysime atlikti, kubo išspręsti neįmanoma. Kubo išardymas ir sudėjimas atgal neteisingu būdu yra "išorinė jėga": Be šios išorinės jėgos jokie mūsų veiksmai su kubu nepadarys jo neišsprendžiamo. Rubiko kubo simetrija yra ta, kad jis išlieka išsprendžiamas, kad ir kokius judesius darytume, kol kubo neišardome.
Higso bozono sukūrimas
SU(2) simetrijos pažeidimo būdas vadinamas "spontaniniu simetrijos pažeidimu". Spontaniškas reiškia atsitiktinis arba netikėtas, simetrijos yra taisyklės, kurios yra keičiamos, o laužymas reiškia, kad simetrijos nebėra tokios pačios. Spontaniško SU(2) simetrijos pažeidimo rezultatas gali būti Higso bozonas.
Higgso efekto priežastis
Higso efektas atsiranda, nes gamta "linksta" į mažiausios energijos būseną. Higso efektas pasireikš, nes šalia Higso lauko esantys matuojamieji bozonai norės būti mažiausios energijos būsenose, o tai pažeistų bent vieną simetriją.
Norėdami pateisinti masės suteikimą būsimai be masei, mokslininkai buvo priversti padaryti kai ką neįprasto. Jie padarė prielaidą, kad vakuumas (tuščia erdvė) iš tikrųjų turi energijos, todėl jei į jį patektų dalelė, kurią laikome nemasine, vakuumo energija būtų perduota tai dalelei ir suteiktų jai masę. Matematikas Džefris Goldstonas įrodė, kad pažeidus simetriją (pavyzdžiui, Rubiko kubo simetrija būtų tokia, jei teigtumėte, kad kampai visada turi būti pasukti 0 arba 3 kartus, kad būtų išsprendžiami (tai veikia)), įvyks reakcija. Rubiko kubo atveju kubas taps neišsprendžiamas, jei bus pažeista jo simetrija. Higso lauko atveju susidaro kažkas, pavadintas Džefrio Goldstouno (ir kito su juo dirbusio mokslininko, vardu Joičiro Nambu) vardu - Nambu-Goldstouno bozonas. Tai yra sužadinta arba energinė vakuumo forma, kurią galima pavaizduoti grafike, atskleidžiančiame aukščiau pateiktą grafiką. Pirmasis tai paaiškino Piteris Higgsas.
Vadinamasis "meksikietiškos skrybėlės potencialas"
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra Higso laukas?
Atsakymas: Higso laukas yra energijos laukas, kuris, kaip manoma, egzistuoja kiekviename Visatos regione.
K.: Kokia fundamentalioji dalelė yra susijusi su Higgso lauku?
A: Su Higgso lauku susijusi fundamentalioji dalelė yra Higgso bozonas.
K: Kas atsitinka, kai dalelės sąveikauja su Higgso lauku?
A: Dalelėms, sąveikaujančioms su Higgso lauku, "suteikiama" masė, ir jos, praeidamos pro jį, tampa lėtesnės.
K: Ar Higgso laukas sukuria masę?
Atsakymas: Ne, Higso laukas negeneruoja masės. Dalelės įgyja masę sąveikaudamos su Higgso bozonu.
K.: Kaip dalelė įgyja masę dėl Higgso lauko?
A.: Higgso laukas trukdo dalelei judėti šviesos greičiu, todėl dalelė įgyja masę.
K: Kas nutiktų, jei Higgso laukas neegzistuotų?
A: Jei Higgso lauko nebūtų, dalelės neturėtų masės, reikalingos viena kitai pritraukti, ir galėtų laisvai skrieti šviesos greičiu.
K: Kas yra Higso efektas?
A: Higso efektas reiškia masės suteikimo objektui procesą, kuris vyksta dalelėms pereinant per Higso lauką ir sąveikaujant su Higso bozonu.
