Σωματίδιο Χιγκς

Το μποζόνιο Higgsσωματίδιο Higgs) είναι ένα σωματίδιο του Καθιερωμένου Προτύπου της φυσικής. Τη δεκαετία του 1960 ο Πίτερ Χιγκς ήταν ο πρώτος που πρότεινε ότι αυτό το σωματίδιο μπορεί να υπάρχει. Στις 14 Μαρτίου 2013, οι επιστήμονες στο CERN επιβεβαίωσαν προσωρινά ότι είχαν βρει ένα σωματίδιο Higgs.

Το σωματίδιο Higgs είναι ένα από τα 17 σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου, του μοντέλου της φυσικής που περιγράφει όλα τα γνωστά βασικά σωματίδια. Το σωματίδιο Higgs είναι ένα μποζόνιο. Τα μποζόνια θεωρούνται σωματίδια που είναι υπεύθυνα για όλες τις φυσικές δυνάμεις. Άλλα γνωστά μποζόνια είναι το φωτόνιο, τα μποζόνια W και Z και το γκλουόνιο. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη πώς να συνδυάσουν τη βαρύτητα με το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Το πεδίο Higgs είναι ένα θεμελιώδες πεδίο ζωτικής σημασίας για τη θεωρία της σωματιδιακής φυσικής. Σε αντίθεση με άλλα γνωστά πεδία, όπως το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το πεδίο Higgs παίρνει σχεδόν παντού την ίδια μη μηδενική τιμή. Το ζήτημα της ύπαρξης του πεδίου Higgs ήταν το τελευταίο ανεπιβεβαίωτο μέρος του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής και, σύμφωνα με ορισμένους, ήταν "το κεντρικό πρόβλημα της σωματιδιακής φυσικής".

Είναι δύσκολο να ανιχνευθεί το μποζόνιο Higgs. Το μποζόνιο Higgs έχει μεγάλη μάζα σε σύγκριση με άλλα σωματίδια, οπότε δεν διαρκεί πολύ. Συνήθως δεν υπάρχουν μποζόνια Χιγκς επειδή χρειάζεται πολλή ενέργεια για να δημιουργηθεί ένα. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο CERN κατασκευάστηκε κυρίως γι' αυτόν τον λόγο. Επιταχύνει δύο δέσμες σωματιδίων σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός (που ταξιδεύουν προς αντίθετες κατευθύνσεις), πριν τα θέσει σε τροχιά σύγκρουσης μεταξύ τους.

Κάθε σύγκρουση παράγει ένα πλήθος νέων σωματιδίων τα οποία ανιχνεύονται από ανιχνευτές γύρω από το σημείο σύγκρουσης. Εξακολουθεί να υπάρχει μόνο μια πολύ μικρή πιθανότητα, μία στα 10 δισεκατομμύρια, να εμφανιστεί και να ανιχνευθεί ένα μποζόνιο Higgs. Για να βρεθούν οι λίγες συγκρούσεις με ενδείξεις του μποζονίου Higgs, ο LHC συνθλίβει τρισεκατομμύρια σωματίδια και οι υπερυπολογιστές κοσκινίζουν έναν τεράστιο όγκο δεδομένων.

Τα μποζόνια Higgs υπακούουν στον νόμο διατήρησης της ενέργειας, ο οποίος ορίζει ότι καμία ενέργεια δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται, αλλά αντίθετα μπορεί να μεταφερθεί ή να αλλάξει μορφή. Αρχικά, η ενέργεια ξεκινά από το μποζόνιο μέτρου που αλληλεπιδρά με το πεδίο Higgs. Αυτή η ενέργεια έχει τη μορφή κινητικής ενέργειας ως κίνηση. Μετά την αλληλεπίδραση του μποζονίου με το πεδίο Higgs, επιβραδύνεται. Αυτή η επιβράδυνση μειώνει το ποσό της κινητικής ενέργειας στο μποζόνιο μανομέτρου. Ωστόσο, η ενέργεια αυτή δεν καταστρέφεται. Αντίθετα, η ενέργεια από την κίνηση πηγαίνει στο πεδίο και μετατρέπεται σε ενέργεια μάζας, η οποία είναι η ενέργεια που αποθηκεύεται στη μάζα. Η μάζα που δημιουργείται μπορεί να γίνει αυτό που ονομάζουμε μποζόνιο Higgs. Η ποσότητα της μάζας που δημιουργείται προέρχεται από τη διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν E=mc2, η οποία δηλώνει ότι η μάζα είναι ίση με μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας (για παράδειγμα, 1 kg μάζας ισοδυναμεί με σχεδόν 90 τετράκις εκατομμύρια τζάουλ ενέργειας - την ίδια ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε από ολόκληρο τον κόσμο σε περίπου μία ώρα και ένα τέταρτο το 2008). Δεδομένου ότι η ποσότητα μάζας-ενέργειας που δημιουργείται από το πεδίο Higgs είναι ίση με την ποσότητα κινητικής ενέργειας που έχασε το μποζόνιο μέτρου επιβραδύνοντας, η ενέργεια διατηρείται.

Τα μποζόνια Higgs χρησιμοποιούνται σε διάφορες ιστορίες επιστημονικής φαντασίας. Ο φυσικός Leon Lederman το ονόμασε "σωματίδιο του Θεού" το 1993.

Εικόνα από υπολογιστή μιας αλληλεπίδρασης HiggsZoom
Εικόνα από υπολογιστή μιας αλληλεπίδρασης Higgs

Ανακάλυψη

Στις 12 Δεκεμβρίου 2011, οι δύο ομάδες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων που αναζητούσαν το μποζόνιο Higgs, ATLAS και CMS, ανακοίνωσαν ότι τελικά είδαν αποτελέσματα που θα μπορούσαν να υποδηλώνουν την ύπαρξη του μποζονίου Higgs- ωστόσο, δεν γνώριζαν με βεβαιότητα αν αυτό ήταν αλήθεια.

Στις 4 Ιουλίου 2012, οι ομάδες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων ανακοίνωσαν ότι ανακάλυψαν ένα σωματίδιο που πιστεύουν ότι είναι το μποζόνιο Higgs.

Στις 14 Μαρτίου 2013 οι ομάδες έκαναν πολύ περισσότερες δοκιμές και ανακοίνωσαν ότι πιστεύουν πλέον ότι το νέο σωματίδιο είναι ένα μποζόνιο Higgs.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Q: Τι είναι το μποζόνιο Χιγκς;


A: Το μποζόνιο Higgs είναι ένα σωματίδιο του Καθιερωμένου Μοντέλου της φυσικής. Προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Πίτερ Χιγκς τη δεκαετία του 1960 και επιβεβαιώθηκε η ύπαρξή του από επιστήμονες στο CERN στις 14 Μαρτίου 2013. Είναι ένα από τα 17 σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου και είναι ένα μποζόνιο, το οποίο θεωρείται υπεύθυνο για τις φυσικές δυνάμεις.

Ερ: Πώς λειτουργεί το πεδίο Higgs;


Α: Το πεδίο Higgs είναι ένα θεμελιώδες πεδίο που παίρνει μη μηδενική τιμή σχεδόν παντού. Ήταν το τελευταίο ανεπιβεβαίωτο μέρος του Καθιερωμένου Προτύπου και η ύπαρξή του θεωρήθηκε ως "το κεντρικό πρόβλημα της σωματιδιακής φυσικής". Όταν τα μποζόνια μέτρου αλληλεπιδρούν με αυτό, επιβραδύνονται και η κινητική τους ενέργεια πηγαίνει στη δημιουργία ενέργειας μάζας, η οποία γίνεται αυτό που ονομάζουμε μποζόνιο Higgs. Αυτή η διαδικασία υπακούει στον νόμο διατήρησης της ενέργειας, όπου καμία ενέργεια δεν δημιουργείται ή καταστρέφεται, αλλά αντίθετα μπορεί να μεταφερθεί ή να αλλάξει μορφή.

Ερ: Γιατί είναι δύσκολο να ανιχνευθεί το μποζόνιο Higgs;


Α: Το μποζόνιο Higgs έχει πολύ μεγάλη μάζα σε σύγκριση με άλλα σωματίδια, οπότε δεν διαρκεί πολύ. Συνήθως δεν υπάρχει γύρω του επειδή χρειάζεται τόση ενέργεια για να δημιουργηθεί ένα. Για να το βρουν, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν υπερυπολογιστές που κοσκινίζουν τεράστιες ποσότητες δεδομένων από τρισεκατομμύρια συγκρούσεις σωματιδίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN. Ακόμα και τότε υπάρχει μόνο μια μικρή πιθανότητα (μία στα 10 δισεκατομμύρια) να εμφανιστούν και να ανιχνευθούν στοιχεία για ένα Higgs.

Ερ: Ποια άλλα γνωστά μποζόνια υπάρχουν;


Α: Άλλα γνωστά μποζόνια είναι τα φωτόνια, τα μποζόνια W και Z και τα γκλουόνια.

Ερ: Πώς σχετίζεται η εξίσωση E=mc2 του Αϊνστάιν με τη δημιουργία μάζας-ενέργειας από κινητική ενέργεια;


Α: Η διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν δηλώνει ότι η μάζα ισούται με ένα εξαιρετικά μεγάλο ποσό ενέργειας (για παράδειγμα 1 kg = 90 τετράκις εκατομμύρια τζάουλ). Όταν η κινητική ενέργεια από τα μποζόνια μέτρου που αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs επιβραδύνεται, το ίδιο ποσό κινητικής ενέργειας πηγαίνει στη δημιουργία ενέργειας-μάζας που γίνεται αυτό που ονομάζουμε μποζόνιο Higgs - διατηρώντας έτσι τη συνολική ενέργεια σύμφωνα με τους νόμους διατήρησης.

Ερ: Τι ρόλο παίζουν οι ιστορίες επιστημονικής φαντασίας όσον αφορά την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των μποζονίων Higgs;


Α: Οι ιστορίες επιστημονικής φαντασίας συχνά περιλαμβάνουν τα higgsbosons ως μέρος της πλοκής τους, αλλά αυτές οι ιστορίες δεν παρέχουν απαραίτητα ακριβείς επιστημονικές πληροφορίες για το πώς λειτουργούν - είναι περισσότερο για λόγους ψυχαγωγίας παρά για οτιδήποτε άλλο!

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3