Higgsov bozon
Higgsov bozon (ali Higgsov delec) je delec v standardnem modelu fizike. V šestdesetih letih 20. stoletja je bil Peter Higgs prvi, ki je predlagal, da bi ta delec lahko obstajal. 14. marca 2013 so znanstveniki v CERN-u okvirno potrdili, da so našli Higgsov delec.
Higgsov delec je eden od 17 delcev standardnega modela, fizikalnega modela, ki opisuje vse znane osnovne delce. Higgsov delec je bozon. Bosoni naj bi bili delci, ki so odgovorni za vse fizikalne sile. Drugi znani bozoni so foton, bozona W in Z ter gluon. Znanstveniki še ne vedo, kako združiti gravitacijo s standardnim modelom.
Higgsovo polje je temeljno polje ključnega pomena za teorijo fizike delcev. Za razliko od drugih znanih polj, kot je elektromagnetno polje, ima Higgsovo polje skoraj povsod enako neničelno vrednost. Vprašanje obstoja Higgsovega polja je bilo zadnji nepreverjeni del standardnega modela fizike delcev in po mnenju nekaterih "osrednji problem v fiziki delcev".
Higgsov bozon je težko odkriti. Higgsov bozon je v primerjavi z drugimi delci zelo masiven, zato ne traja dolgo. Higgsovih bozonov običajno ni v bližini, saj je za njihovo izdelavo potrebno veliko energije. Veliki hadronski trkalnik v CERN-u je bil zgrajen predvsem iz tega razloga. Dva snopa delcev (ki potujeta v nasprotnih smereh) pospeši skoraj do svetlobne hitrosti, nato pa ju usmeri na pot medsebojnega trka.
Ob vsakem trku nastane množica novih delcev, ki jih zaznajo detektorji v okolici točke trka. Še vedno obstaja zelo majhna verjetnost, ena proti 10 milijardam, da se pojavi Higgsov bozon in da ga odkrijemo. Da bi našli tistih nekaj trkov, pri katerih je mogoče najti Higgsov bozon, LHC združi na bilijone delcev, superračunalniki pa presejejo ogromno količino podatkov.
Higgsovi bozoni upoštevajo zakon o ohranitvi energije, ki pravi, da se energija ne ustvarja ali uničuje, temveč se lahko prenaša ali spreminja. Najprej se energija začne v merskem bozonu, ki interagira s Higgsovim poljem. Ta energija je v obliki kinetične energije kot gibanje. Ko merilni bozon vstopi v interakcijo s Higgsovim poljem, se upočasni. Ta upočasnitev zmanjša količino kinetične energije v merskem bozonu. Vendar se ta energija ne uniči. Namesto tega energija gibanja preide v polje in se pretvori v energijo mase, ki je energija, shranjena v masi. Nastala masa lahko postane tisto, kar imenujemo Higgsov bozon. Količina ustvarjene mase izhaja iz znamenite Einsteinove enačbe E=mc2, ki pravi, da je masa enaka veliki količini energije (na primer 1 kg mase je enak skoraj 90 kvadrilijonom joulov energije - to je enaka količina energije, ki jo je leta 2008 ves svet porabil v približno eni uri in četrt). Ker je količina energije mase, ki jo ustvari Higgsovo polje, enaka količini kinetične energije, ki jo je izgubil merilni bozon z upočasnitvijo, se energija ohranja.
Higgsovi bozoni se uporabljajo v različnih znanstvenofantastičnih zgodbah. Fizik Leon Lederman ga je leta 1993 poimenoval "božji delec".
Računalniško ustvarjena slika Higgsove interakcije
Odkrivanje
12. decembra 2011 sta ekipi ATLAS in CMS na Velikem hadronskem trkalniku, ki iščeta Higgsov bozon, objavili, da sta končno dobili rezultate, ki bi lahko kazali na obstoj Higgsovega bozona, vendar še nista vedeli, ali je to res.
Ekipe na Velikem hadronskem trkalniku so 4. julija 2012 razglasile, da so odkrile delec, za katerega menijo, da je Higgsov bozon.
14. marca 2013 sta ekipi opravili še več testiranj in objavili, da zdaj menita, da je novi delec Higgsov bozon.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Higgsov bozon?
O: Higgsov bozon je delec v standardnem modelu fizike. Prvič ga je predlagal Peter Higgs v šestdesetih letih 20. stoletja, njegov obstoj pa so potrdili znanstveniki v CERN-u 14. marca 2013. Je eden od 17 delcev v standardnem modelu in je bozon, ki naj bi bil odgovoren za fizikalne sile.
V: Kako deluje Higgsovo polje?
O: Higgsovo polje je temeljno polje, ki ima skoraj povsod neničelno vrednost. Bilo je zadnji nepreverjeni del standardnega modela in njegov obstoj je veljal za "osrednji problem v fiziki delcev". Ko merski bozoni interagirajo z njim, se upočasnijo, njihova kinetična energija pa preide v ustvarjanje energije mase, ki postane tisto, kar imenujemo Higgsov bozon. Ta proces se ravna po zakonu o ohranitvi energije, po katerem se nobena energija ne ustvari ali uniči, temveč se lahko prenese ali spremeni obliko.
V: Zakaj je težko odkriti Higgsov bozon?
O: Higgsov bozon ima v primerjavi z drugimi delci zelo veliko maso, zato ne traja dolgo. Običajno ga ni naokoli, ker je za njegovo nastanek potrebno veliko energije. Da bi ga našli, znanstveniki s pomočjo superračunalnikov presejejo ogromne količine podatkov iz bilijonov trkov delcev v Cernovem velikem hadronskem trkalniku (LHC). Kljub temu obstaja le majhna verjetnost (ena proti 10 milijardam), da se bodo pojavili dokazi o Higgsovem bozonu in da ga bodo odkrili.
V: Kateri so še drugi znani bozoni?
O: Drugi znani bozoni so fotoni, bozona W in Z ter gluoni.
V: Kako se Einsteinova enačba E=mc2 nanaša na nastanek masne energije iz kinetične energije?
O: Einsteinova slavna enačba pravi, da je masa enaka izjemno veliki količini energije (na primer 1 kg = 90 kvadrilijonov joulov). Ko se kinetična energija merilnih bozonov, ki interagirajo s Higgsovim poljem, upočasni, gre ista količina kinetične energije v ustvarjanje masne energije, ki postane to, kar imenujemo Higgsov bozon - tako se ohrani celotna energija v skladu z zakoni ohranitve.
V: Kakšno vlogo imajo znanstvenofantastične zgodbe pri razumevanju delovanja Higgsovih bozonov?
O: Znanstvenofantastične zgodbe pogosto vključujejo higgsbosone kot del zapleta, vendar te zgodbe ne zagotavljajo nujno natančnih znanstvenih informacij o njihovem delovanju - so bolj namenjene zabavi kot čemur koli drugemu!
