la aproape 50 de ani de la predicția sa, fizicienii particulelor au capturat în cele din urmă bosonul Higgs. Așadar, Comitetul Nobel a acordat premiul pentru Fizică din acest an doi dintre teoreticienii care au inițiat această vânătoare de particule. Fran xvois Englert de la Universitatea Liberă din Bruxelles (ULB) și Peter Higgs de la Universitatea din Edinburgh, Marea Britanie, au derivat independent un model care explică de ce particulele nu sunt fără masă, iar acest model necesită existența bosonului Higgs. Ambele lucrări au fost publicate în 1964 în Physical Review Letters.

bosonul Higgs este piesa finală a modelului standard al fizicii particulelor care trebuie observată după decenii de căutări. În iunie 2012, CERN a anunțat cu multă fanfară că Large Hadron Collider (LHC) din Geneva a descoperit o particulă cu proprietățile potrivite pentru a fi bosonul Higgs, ceea ce a însemnat că cercetătorii au confirmat o teorie fundamentală a masei.

bosonul Higgs nu dă tehnic masa altor particule. Mai precis, particula este o manifestare cuantificată a unui câmp (câmpul Higgs) care generează masă prin interacțiunea sa cu alte particule. Dar de ce nu a putut Liturghia să fie asumată ca dată?

răspunsul se întoarce la munca anterioară în teoria câmpului cuantic. Câmpurile cuantice sunt similare cu câmpurile mai familiare, cum ar fi câmpurile electrice și magnetice. Dar câmpurile cuantice conțin stări excitate pe care le observăm ca particule. Aceste câmpuri pot fi împărțite în câmpuri de materie (ale căror particule sunt electroni, quarci etc.) și câmpuri de forță (ale căror particule sunt fotoni, gluoni etc.). La sfârșitul anilor 1940, teoreticienii au arătat că o teorie a câmpului cuantic al fotonilor și electronilor ar putea explica cu succes interacțiunile electromagnetice la energie ridicată.cu toate acestea, teoria a avut probleme în modelarea interacțiunilor nucleare. Raza scurtă a forței nucleare slabe presupunea că particulele sale corespunzătoare aveau masă, spre deosebire de fotonul fără masă, particula asociată câmpurilor electromagnetice. Simpla lipire a unei mase pe o particulă purtătoare de forță a avut efecte dezastruoase, determinând anumite predicții să divergă la infinit. La începutul anilor 1960, teoreticienii erau ocupați să caute modalități alternative prin care masa ar putea fi introdusă în teorie.

soluția formulată de Higgs, Englert și Robert Brout (care a lucrat cu Englert la ULB, dar acum este decedat) propune ca tot spațiul să fie umplut cu un câmp care interacționează cu particulele de forță slabe pentru a le da masă. Face acest lucru deoarece se presupune că câmpul nu este zero în spațiul gol. Această stare fundamentală diferită de zero încalcă o simetrie care este considerată fundamentală pentru teoria câmpului cuantic. Lucrările anterioare au arătat că acest tip de rupere a simetriei a dus la o particulă fără masă, fără spin, care a fost exclusă de experimente . Englert, Brout și Higgs au arătat cum se poate face ca această particulă nedorită să dispară prin cuplarea câmpului de umplere a spațiului cu câmpul de forță slabă. Când au elaborat toate interacțiunile, au descoperit că particulele de forță aveau efectiv o masă, iar particula nedorită, fără masă, fără spin era în esență absorbită de particulele slabe. Aceste particule au obținut o a treia stare de spin ca rezultat, iar singura particulă fără spin rămasă a fost masivul boson Higgs. O teorie similară a fost dezvoltată de o a treia echipă de teoreticieni în același an .

lucrările ulterioare au arătat că mecanismul Brout-Englert-Higgs (sau „mecanismul Higgs”, pe scurt) ar putea da masă nu numai particulelor slabe, ci și electronilor, quarcilor și altor particule fundamentale. Cu cât o particulă interacționează mai puternic cu câmpul Higgs, cu atât este mai masivă. Este important de remarcat, totuși, că cea mai mare parte a masei particulelor compozite, cum ar fi protonii, nucleii și atomii, nu provine din mecanismul Higgs, ci din energia de legare care ține aceste particule împreună.”Brout, Englert și Higgs au prezentat o idee foarte inteligentă, cunoscută acum sub numele de mecanismul Higgs”, spune Michael Turner de la Universitatea din Chicago. „Oferă o explicație pentru una dintre cele mai simple întrebări pe care le putem pune: de ce particulele au masă? O întrebare atât de simplă—dar foarte profundă—încât mulți nici nu se gândesc să o pună.”Pentru a valida acest mecanism, fizicienii de particule au construit LHC, cea mai mare și mai sofisticată mașină construită vreodată, spune Joseph Incandela, purtătorul de cuvânt al experimentului CMS, care a fost unul dintre detectorii care au observat bosonul Higgs. „Cred că oamenii se uită la asta și simt că fizica particulelor a scos ceva ca o aterizare pe lună aici”, spune el.Michael Schirber este un editor corespondent pentru Fizică cu sediul în Lyon, Franța.

1. J. Goldstone, „teorii de câmp cu soluții superconductoare”, Nuovo Cimento 19, 154 (1961); J. Goldstone, A. Salam și S. Weinberg, „simetrii rupte”, Phys. Rev. 127, 965 (1962)
2. G. S. Guralnik, C. R. Hagen și T. W. B. Kibble, „legile globale de conservare și particulele fără masă”, Phys. Rev. Lett. 13, 585 (1964)

mai multe informații

• Premiul Nobel anunț cu fundal de însoțire

  Focus poveste pe 2008 Premiul Nobel pentru teoria simetrie rupere

  scurtă istorie a mecanismului Higgs, de la Universitatea din Edinburgh

domenii de subiect

mai multe articole