Pole/cząstka Higgsa

Cześć! 🙂
W dzisiejszym artykule chciałbym przybliżyć stosunkowo często spotykane pojęcia pola i cząstki Higgsa. Są one związane z fizyką cząstek elementarnych, czyli działem zajmującym się badaniem natury najmniejszych i najbardziej fundamentalnych elementów materii. Obecnie, potwierdzoną i najlepiej opisującą mikroświat teorią jest Model Standardowy. To on przewiduje, co powinno, a co nie powinno istnieć. Niezaprzeczalnie, jedną z najciekawszych rzeczy (przynajmniej w ocenie mediów) jest cząstka Higgsa. W lipcu 2012 roku udało się oficjalnie potwierdzić odkrycie postulowanej cząstki w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Eksperymenty trwające w kolejnych latach także dały pozytywne wyniki!
Jeśli chcesz dowiedzieć się czegoś więcej na temat tego odkrycia, przeczytaj ten artykuł. Opisałem tam uproszczony proces samej pracy nad odnalezieniem brakującego elementu MS. 😉

Pole, a cząstka

Tymczasem, przejdźmy do tematu tego postu!
Przede wszystkim: czym różni się cząstka od pola? Zapewne intuicyjnie czujesz, iż pole to coś rozległego, podczas gdy słowo „cząstka” sugeruje rzecz małą, a wręcz punktową.
Możemy powiedzieć, że jeśli w jakiś sposób przypiszesz pewne wartości do punktów przestrzeni to otrzymujesz pole. Przykład? Pole grawitacyjne, opisujące wpływ grawitacji na ciała będące w konkretnych punktach tego pola…
Cząstki natomiast interpretujemy jako wzbudzenia różnych pól. Między innymi, przenoszą one oddziaływania.

Hipoteza Higgsa

Uzbrojeni w tą wiedzę, przyjrzyjmy się polu i cząstce Higgsa.
Peter Higgs (brytyjski fizyk teoretyczny), w drugiej połowie XX wieku postulował istnienie pola, dzięki któremu cząstki elementarne miałyby uzyskiwać masę. Była to hipoteza bardzo abstrakcyjna. Wyobraź sobie, że osoba z którą rozmawiasz jest sterowana przez niewidzialnego różowego smoka. Jedynym przejawem jego istnienia jest właśnie ta osoba. Uwierzyłbyś? 😉
Na szczęście, w nauce takich postulatów nie musimy przyjmować na wiarę.
Pomyślmy, jeżeli takie pole istnieje, to powinno się dać wykryć jakieś wzburzenia – nową cząstkę, której właściwości będziemy znali z MS! Poszukiwania trwały bardzo długo. Tak to już jest, że im głębiej chcemy wejść w fundamentalne kwestie natury materii, tym więcej energii musimy w to włożyć. Tu także odsyłam do artykułu o CERN…

Tak, czy inaczej – udało się! 🙂 Peter Higgs miał rację.
Przyjrzyjmy się dokładniej tzw. boskiej cząstce.
Należy do rodziny bozonów, czyli cząstek elementarnych o spinie (specyficzny moment pędu) całkowitym. Spin higsona sam w sobie jest wyjątkowy – jest to jedyna cząstka przewidywana przez MS, ze s=0 ! Jest także obojętna elektrycznie. Jej masa wynosi ok. 125 GeV/c2 (gigaelektronowolt przez pędkość światła do kwadratu). Dla porównania, masa protonu to 0,938 GeV.

Trzeba jeszcze powiedzieć o jednej rzeczy – pole Higgsa ma to do siebie, że nie oddziałuje na wszystkie cząstki. To tak, jak ze skłonnościami do pochłaniania dużej ilości słodyczy. 😉 Dla przykładu, fotony mają całkowicie gdzieś to pyszne higgsowe ciasto, wolą być maksymalnie chude i szybkie (nie reagują z polem i nie mają masy). Ich przeciwieństwem jest kwark prawdziwy (t), który nie może sobie odpuścić okazji do interakcji z Higgsem – ma masę równą ok. 173 GeV.

Problemy MS i potencjalna rodzina higsona

Jakkolwiek Model Standardowy umożliwił nam niesamowity progres w świecie cząstek elementarnych, tak nie jest on teorią idealną. Powinno nas to raczej cieszyć, nie smucić! 😉 Mamy jeszcze co odkrywać. Jest tylko jeden problem – nie wiemy za bardzo, w którą stronę iść…
Oto kilka problemów MS:

  • cząstki odpowiedzialne za ciemną materię
  • niestabilna próżnia
  • przewidywania masy bozonu Higgsa grubo się różnią od obserwacji
  • daje nam za małe szanse na istnienie! (asymetria między materią i antymaterią)

Istnieją różne teorie, które próbujemy weryfikować. Wśród nich, znajdziemy tzw. Koherentny Model Standardowy, współtworzony przez polskiego uczonego, prof. Krzysztofa Meissnera. Teoria „nie chce upaść” już od ponad 10 lat, co jest ogromnym sukcesem! 😉
Model ten przewiduje m.in. więcej cząstek o spinie zerowym, braci/siostry Higgsa i kilka cząstek odpowiedzialnych za ciemną materię. Podczas gdy, te drugie zdają się być niezwykle trudne do wykrycia, niektórzy członkowie rodziny Higgsa mogliby być zauważeni już przy dzisiejszej technologii (np. w LHC). Za niedługi czas może się okazać (na co oczywiście liczymy!), że mamy kilka nowych cząstek… Póki co, potraktujmy to jako ciekawostkę.

To już wszystko w tym artykule! Mam nadzieję, że się spodobało.
Zostaw komentarz, udostępnij, zapisz się do newslettera.
Nasz facebook: https://www.facebook.com/apophisblog/

 

 

1 thought on “Pole/cząstka Higgsa

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *