CERN

CERN

×

közel 50 évvel az előrejelzés után a részecskefizikusok végül elfogták a Higgs-bozont. Tehát a Nobel-bizottság az idei fizikai díjat két teoretikusnak ítélte oda, akik ezt a részecskevadászatot kezdeményezték. François Englert, a Brüsszeli szabad Egyetem (ULB) és Peter Higgs, az Egyesült Királyság Edinburgh-i egyeteme önállóan készített egy modellt, amely elmagyarázza, hogy a részecskék miért nem tömegtelenek, és ez a modell megköveteli a Higgs-bozon létezését. Mindkét lap 1964-ben jelent meg a Physical Review Letters-ben.

a Higgs-bozon a részecskefizika standard modelljének utolsó darabja, amelyet évtizedeken át kutattak. 2012 júniusában a CERN nagy rajongással bejelentette, hogy a Genfi Nagy Hadronütköztető (LHC) felfedezte a megfelelő tulajdonságokkal rendelkező részecskét, hogy a Higgs-bozon legyen, ami azt jelezte, hogy a kutatók megerősítették a tömeg alapvető elméletét.

a Higgs-bozon technikailag nem ad más részecskék tömegét. Pontosabban, a részecske egy mező (a Higgs-Mező) kvantált megnyilvánulása, amely más részecskékkel való kölcsönhatása révén tömeget generál. De miért nem lehetett tömeg csak feltételezni, mint egy adott?

a válasz a kvantumtérelmélet korábbi munkáira nyúlik vissza. A kvantummezők hasonlóak az ismertebb mezőkhöz, mint például az elektromos és mágneses mezők. De a kvantummezők olyan izgatott állapotokat tartalmaznak, amelyeket részecskékként figyelünk meg. Ezeket a mezőket anyagmezőkre lehet osztani (amelyek részecskéi elektronok, kvarkok stb.) és erőterek (amelyek részecskéi fotonok, gluonok stb.). Az 1940-es évek végén a teoretikusok kimutatták, hogy a fotonok és elektronok kvantummező-elmélete sikeresen magyarázza az elektromágneses kölcsönhatásokat nagy energián.

az elméletnek azonban nehézségei voltak a nukleáris kölcsönhatások modellezésével. A gyenge nukleáris erő rövid hatótávolsága azt jelentette, hogy a megfelelő részecskéknek tömege volt, ellentétben a tömeg nélküli fotonnal, az elektromágneses mezőkhöz kapcsolódó részecskével. Egyszerűen ragasztás tömeges rá egy erő-hordozó részecske katasztrofális következményei voltak, ami bizonyos jóslatok, hogy eltérnek a végtelenségig. Az 1960-as évek elején a teoretikusok arra törekedtek, hogy alternatív módszereket keressenek a tömeg bevezetésére az elméletbe.

a Higgs, Englert és Robert Brout által megfogalmazott megoldás (aki az ULB-nél Englert-rel dolgozott, de most elhunyt) azt javasolja, hogy az egész tér tele legyen olyan mezővel, amely kölcsönhatásba lép a gyenge erő részecskékkel, hogy tömegük legyen. Ez azért van így, mert a mező feltételezzük, hogy nem nulla üres térben. Ez a nem nulla földi állapot sérti a szimmetriát, amelyet a kvantummező elméletének alapvetőnek tekintünk. Korábbi munka azt mutatta, hogy ez a fajta szimmetria törés vezetett egy tömeg nélküli, spinless részecske, hogy kizárták a kísérletek . Englert, Brout és Higgs megmutatta, hogyan lehet eltüntetni ezt a nem kívánt részecskét azáltal, hogy az űrt kitöltő mezőt összekapcsolják a gyenge erőtérrel. Amikor kidolgozták az összes kölcsönhatást, azt találták, hogy az erő részecskéknek ténylegesen van tömegük, és a nem kívánt, tömeg nélküli, spinless részecskéket lényegében a gyenge részecskék szívják fel. Ezek a részecskék ennek eredményeként egy harmadik spinállapotot értek el, és az egyetlen megmaradt spinless részecske a hatalmas Higgs-bozon volt. Hasonló elméletet fejlesztett ki egy harmadik teoretikus csapat ugyanebben az évben .

a későbbi munkák azt mutatták, hogy a Brout-Englert-Higgs mechanizmus (vagy röviden “Higgs-mechanizmus”) nemcsak gyenge részecskéknek, hanem elektronoknak, kvarkoknak és más alapvető részecskéknek is adhat tömeget. Minél erősebb a részecske kölcsönhatásba lép a Higgs-mezővel, annál masszívabb. Fontos azonban megjegyezni, hogy a legtöbb a tömeg összetett részecskék, mint a protonok, magok, valamint az atomok, nem a Higgs-mechanizmus, de a kötési energia tartja, hogy ezek a részecskék együtt.

“Brout és Englert és Higgs nagyon okos ötletet fogalmaztak meg, amit ma Higgs-mechanizmusnak neveznek” – mondta Michael Turner, a Chicagói Egyetem munkatársa. “Magyarázatot ad az egyik legegyszerűbb kérdésre: miért vannak a részecskék tömege? Egy ilyen egyszerű kérdés—de nagyon mély -, hogy sokan nem is gondolják, hogy felteszik.”Ennek a mechanizmusnak az érvényesítése érdekében a részecskefizikusok megépítették az LHC-t, a valaha épített legnagyobb, technológiailag legfejlettebb gépet, mondja Joseph Incandela, a CMS kísérlet szóvivője, amely az egyik detektor volt, amely észrevette a Higgs bozont. “Azt hiszem, az emberek ezt nézik, és úgy érzik, hogy a részecskefizika olyan, mint egy Holdra szállás” – mondja.

–Michael Schirber

Michael Schirber a fizika megfelelő szerkesztője Lyonban, Franciaországban.

1. J. Goldstone, ” Field teories with Superconductor Solutions, “Nuovo Cimento 19, 154 (1961); J. Goldstone, A. Salam, and S. Weinberg,” Broken Symmetries, ” Phys. Rev. 127, 965 (1962)
2. G. S. Guralnik, C. R. Hagen, and T. W. B. Kibble, “Global Conservation Laws and Massless Particles,” Phys. Lett Tiszteletes. 13, 585 (1964)

További Információk

• Nobel-bejelentés a kísérő háttér

  Fókusz történet a 2008-as Nobel-Díjat elmélet a szimmetria törés,

  Rövid Története, a Higgs-Mechanizmus, a University of Edinburgh

a Területeken

további cikkek