Higgsovo polje
Higgsovo polje je energijsko polje, ki naj bi obstajalo v vseh delih vesolja. Polje spremlja temeljni delec, znan kot Higgsov bozon, ki ga polje uporablja za nenehno interakcijo z drugimi delci, kot je elektron. Delci, ki medsebojno delujejo s poljem, "dobijo" maso in bodo, podobno kot predmet, ki gre skozi trezor (ali melaso), postali počasnejši, ko bodo šli skozi njega. Posledica tega, da delec od polja "dobi" maso, je, da ne more potovati s svetlobno hitrostjo.
Higgsovo polje ne ustvarja same mase; ustvarjanje snovi ali energije iz nič bi kršilo zakone o ohranitvi. Vendar pa delci pridobijo maso z interakcijo Higgsovega polja s Higgsovim bozonom. Higgsovi bozoni vsebujejo relativno maso v obliki energije, in ko polje obda delček, ki je bil prej brez mase, se bo ta upočasnil, saj je postal "težak".
Če Higgsovo polje ne bi obstajalo, delci ne bi imeli mase, potrebne za medsebojno privlačnost, in bi prosto lebdeli naokoli s svetlobno hitrostjo. Prav tako ne bi bilo gravitacije, ker masa ne bi privlačila druge mase.
Dodajanje mase predmetu se imenuje Higgsov učinek. Ta učinek prenese maso ali energijo na vsak delec, ki gre skozi njega. Svetloba, ki prehaja skozenj, pridobi energijo, ne pa mase, saj njena valovna oblika nima mase, medtem ko njena oblika delca nenehno potuje s svetlobno hitrostjo.
Računalniško ustvarjena slika interakcije Higgsovega bozona
Higgsov učinek
Higgsov učinek so leta 1968 prvič teoretično predstavili avtorji člankov o razbijanju simetrije PRL. Leta 1964 so tri skupine napisale znanstvene članke, v katerih so predlagale sorodne, a različne pristope za razlago nastanka mase v lokalnih merskih teorijah.
Leta 2013 so na Velikem hadronskem trkalniku preliminarno dokazali obstoj Higgsovega bozona in posredno tudi Higgsovega učinka (Higgsov bozon pa je bil odkrit 4. julija 2012). Učinek so obravnavali kot najdbo manjkajočega dela standardnega modela.
V skladu z merilno teorijo (teorija, na kateri temelji standardni model) bi morali biti vsi delci, ki prenašajo silo, brez mase. Vendar imajo delci sile, ki posredujejo šibko silo, maso. To je posledica Higgsovega učinka, ki razbije simetrijo SU(2) (SU pomeni posebno unitarno, vrsto matrike, 2 pa pomeni velikost vključenih matrik).
Simetrija sistema je operacija, ki se izvede s sistemom, na primer vrtenje ali premik, pri čemer sistem ostane v osnovi nespremenjen. Simetrija je tudi pravilo, kako naj bi nekaj vedno delovalo, če nanj ne deluje zunanja sila. Primer je Rubikova kocka. Če vzamemo Rubikovo kocko in jo zakompliciramo s poljubnimi potezami, jo je še vedno mogoče rešiti. Ker vsaka poteza, ki jo naredimo, še vedno omogoča rešitev Rubikove kocke, lahko rečemo, da so te poteze "simetrije" Rubikove kocke. Skupaj tvorijo tako imenovano skupino simetrij Rubikove kocke. Če naredimo katero koli od teh potez, se sestavljanka ne spremeni, temveč je vedno rešljiva. Lahko pa to simetrijo porušimo tako, da kocko razstavimo in jo sestavimo nazaj na povsem napačen način. Ne glede na to, s katerimi potezami bomo poskusili, kocke ne bo mogoče rešiti. Razbitje kocke in njeno sestavljanje na napačen način je "zunanja sila": Brez te zunanje sile kocke ne bo mogoče rešiti, če je ne bomo rešili. Simetrija Rubikove kocke je v tem, da ostane rešljiva ne glede na poteze, ki jih naredimo, dokler kocke ne razstavimo.
Nastanek Higgsovega bozona
Način porušitve simetrije SU(2) je znan kot "spontana porušitev simetrije". Spontano pomeni naključno ali nepričakovano, simetrije so pravila, ki se spreminjajo, lomljenje pa se nanaša na dejstvo, da simetrije niso več enake. Rezultat spontane porušitve simetrije SU(2) je lahko Higgsov bozon.
Razlog za Higgsov učinek
Higgsov učinek se pojavi, ker narava "teži" k najnižjemu energijskemu stanju. Do Higgsovega učinka bo prišlo, ker bodo merilni bozoni v bližini Higgsovega polja želeli biti v svojih najnižjih energijskih stanjih, to pa bi porušilo vsaj eno simetrijo.
Da bi upravičili dodelitev mase delcu, ki naj bi bil brez mase, so bili znanstveniki prisiljeni storiti nekaj neobičajnega. Predpostavili so, da ima vakuum (prazen prostor) dejansko energijo in da bi se tako, če bi vanj vstopil delec, ki ga imamo za nemasnega, energija iz vakuuma prenesla na ta delec in mu dala maso. Matematik Jeffrey Goldstone je dokazal, da če kršimo simetrijo (na primer simetrija pri Rubikovi kocki bi bila, če bi določili, da je treba vogale vedno obrniti 0 ali 3-krat, da bi jih bilo mogoče rešiti (deluje)), bi prišlo do reakcije. V primeru Rubikove kocke bo kocka ob kršitvi postala nerešljiva. V primeru Higgsovega polja nastane nekaj, kar se imenuje po Jeffreyju Goldstonu (in drugem znanstveniku, ki je delal z njim, z imenom Yoichiro Nambu), Nambu-Goldstoneov bozon. To je vzbujena ali energijska oblika vakuuma, ki se lahko izriše v obliki grafa, ki razkriva zgornji prikaz. To je prvi razložil Peter Higgs.
Tako imenovani "mehiški klobuk potencial"
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Higgsovo polje?
O: Higgsovo polje je energijsko polje, ki naj bi obstajalo v vseh delih vesolja.
V: Kaj je osnovni delec, ki je povezan s Higgsovim poljem?
O: Temeljni delec, ki je povezan s Higgsovim poljem, je Higgsov bozon.
V: Kaj se zgodi, ko delci interagirajo s Higgsovim poljem?
O: Delci, ki interagirajo s Higgsovim poljem, dobijo maso in postanejo počasnejši, ko gredo skozi polje.
V: Ali Higgsovo polje ustvarja maso?
O: Ne, Higgsovo polje ne ustvarja mase. Delci pridobijo maso z interakcijo s Higgsovim bozonom.
V: Kaj se zgodi, če delec pridobi maso zaradi Higgsovega polja?
O: Posledica tega, da delec pridobi maso zaradi Higgsovega polja, je preprečitev njegove sposobnosti potovanja s svetlobno hitrostjo.
V: Kaj bi se zgodilo, če Higgsovo polje ne bi obstajalo?
O: Če Higgsovo polje ne bi obstajalo, delci ne bi imeli mase, potrebne za medsebojno privlačenje, in bi prosto lebdeli naokoli s svetlobno hitrostjo.
V: Kaj je Higgsov učinek?
O: Higgsov učinek se nanaša na proces dodajanja mase predmetu, ki se zgodi, ko delci prehajajo skozi Higgsovo polje in interagirajo s Higgsovim bozonom.
