CERN

CERN

×

Téměř 50 let po jeho předpověď, fyzici konečně zachytil Higgsův boson. Nobelův výbor tedy udělil letošní cenu za fyziku dvěma teoretikům, kteří tento hon na částice iniciovali. François Englert na Svobodné Univerzitě v Bruselu (ULB) a Peter Higgs z University of Edinburgh, UK, nezávisle odvozen model vysvětluje, proč částice jsou nehmotné, a tento model vyžaduje existenci Higgsova bosonu. Oba dokumenty byly publikovány v roce 1964 ve fyzických recenzních dopisech.

Higgsův boson je posledním kusem standardního modelu částicové fyziky, který má být pozorován po desetiletích hledání. V červnu 2012 CERN s velkou slávou oznámil, že Large Hadron Collider (LHC) v Ženevě objevil částici se správnými vlastnostmi jako Higgsův boson, což znamenalo, že vědci potvrdili základní teorii hmoty.

Higgsův boson technicky nedává ostatním částicím hmotnost. Přesněji řečeno, částice je kvantovaným projevem pole (Higgsovo pole), které generuje hmotu prostřednictvím své interakce s jinými částicemi. Ale proč by nemohla být hmota považována za danou?

odpověď se vrací k předchozí práci v kvantové teorii pole. Kvantová pole jsou podobná známějším polím, jako jsou elektrická a magnetická pole. Kvantová pole však obsahují excitované stavy, které pozorujeme jako částice. Tato pole lze rozdělit na hmotná pole(jejichž částice jsou elektrony, kvarky atd.) a silová pole (jejichž částice jsou fotony, gluony atd.). V pozdní 1940, teoretici ukázali, že kvantová teorie pole fotonů a elektronů by mohla úspěšně vysvětlit elektromagnetické interakce na vysoké energie.

nicméně teorie měla problémy s modelováním jaderných interakcí. Krátký rozsah slabé jaderné síly znamenal, že její odpovídající částice měly hmotnost, na rozdíl od bezhmotného fotonu, částice spojené s elektromagnetickými poli. Pouhé přilepení hmoty na částici nesoucí sílu mělo katastrofální účinky, což způsobilo, že se určité předpovědi rozcházely do nekonečna. Na počátku šedesátých let byli teoretici zaneprázdněni hledáním alternativních způsobů, jak by mohla být hmota zavedena do teorie.

řešení formulované Higgs, Englert a Robert Brout (kdo pracoval s Englert v ULB, ale je nyní zesnulý) navrhuje, že celý prostor je vyplněn pole, které interaguje s slabá síla částice, aby jim hmoty. Činí tak proto, že se předpokládá, že pole není nulové v prázdném prostoru. Tento nenulový pozemní stav porušuje symetrii, která je považována za zásadní pro kvantovou teorii pole. Dřívější práce ukázaly, že tento druh narušení symetrie vedl k bezmasé, spinless částice, která byla vyloučena experimenty . Englert, Brout a Higgs ukázali, jak lze tuto nežádoucí částici zmizet spojením pole vyplňování prostoru s polem slabé síly. Když zjistili, že všechny interakce, zjistili, že síla, částice účinně měl hmoty, a nežádoucí, nehmotné, spinless částic byl v podstatě absorbovány slabé částice. Tyto částice v důsledku toho získaly třetí spinový stav a jedinou zbývající bezprinatou částicí byl masivní Higgsův boson. Podobná teorie byla vyvinuta třetím týmem teoretiků ve stejném roce .

následná práce ukázala, že Brout-Englert-Higgsův mechanismus (zkráceně“ Higgsův mechanismus“) může dát hmotu nejen slabým částicím, ale také elektronům, kvarkům a dalším základním částicím. Čím silněji částice interaguje s Higgsovým polem, tím je masivnější. Je však důležité si uvědomit, že většina hmoty ve složených částicích, jako jsou protony, jádra a atomy, nepochází z Higgsova mechanismu,ale z vazebné energie, která drží tyto částice pohromadě.

„Brout a Englert a Higgsova vztáhl velmi chytrý nápad, nyní známé jako Higgsův mechanismus,“ říká Michael Turner z Univerzity v Chicagu. „Poskytuje vysvětlení pro jednu z nejjednodušších otázek, které si můžete položit: proč mají částice hmotnost? Taková jednoduchá otázka, ale velmi hluboký, že mnohé ani nenapadne se zeptat.“Ověřit tento mechanismus, částicové fyziky postavené na LHC, největší, technologicky sofistikované stroje všech dob, říká Joseph Incandela, mluvčí CMS experiment, který byl jedním z detektorů, které spatřen Higgsův boson. „Myslím, že se na to lidé dívají a mají pocit, že částicová fyzika tady udělala něco jako přistání na Měsíci,“ říká.

– – Michael Schirber

Michael Schirber je odpovídající Editor pro fyziku se sídlem v Lyonu ve Francii.

1. J. Goldstone, „teorie Pole s Supravodič Řešení,“ Nuovo Cimento 19, 154 (1961); J. Goldstone, A. Salam a S. Weinberg, „Zlomený Symetrie,“ Phys. Rev. 127, 965 (1962)
2. G. Guralnik, C. R. Hagen a. T. W. B. Granule, „Globální Zákony Zachování a Nehmotné Částice,“ Phys. Reverende Lette. 13, 585 (1964)

Další Informace

• Nobelovu Cenu vyhlášení s doprovodným pozadí,

  Zaměření příběh v roce 2008 Nobelovu Cenu za teorii porušení symetrie

  Stručná Historie Higgsova Mechanismu, z University of Edinburgh.

Předmětem Oblastí

další články