Higgs-bozon
A Higgs-bozon (vagy Higgs-részecske) a fizika Standard Modelljének egyik részecskéje. Az 1960-as években Peter Higgs volt az első, aki felvetette, hogy ez a részecske létezhet. 2013. március 14-én a CERN tudósai előzetesen megerősítették, hogy megtalálták a Higgs-részecskét.
A Higgs-részecske egyike a Standard Modell 17 részecskéjének, amely az összes ismert alaprészecskét leíró fizikai modell. A Higgs-részecske egy bozon. A bozonokról úgy gondolják, hogy olyan részecskék, amelyek minden fizikai erőért felelősek. Más ismert bozonok a foton, a W- és Z-bozon, valamint a gluon. A tudósok még nem tudják, hogyan lehet a gravitációt a Standard Modellel kombinálni.
A Higgs-mező a részecskefizika elmélete szempontjából alapvető fontosságú alaptér. Más ismert mezőkkel, például az elektromágneses mezővel ellentétben a Higgs-mező szinte mindenhol ugyanazt a nem nulla értéket veszi fel. A Higgs-mező létezésének kérdése volt a részecskefizika Standard Modelljének utolsó igazolatlan része, és egyesek szerint "a részecskefizika központi problémája".
A Higgs-bozont nehéz kimutatni. A Higgs-bozon más részecskékhez képest nagyon nagy tömegű, ezért nem tart sokáig. Általában nincsenek Higgs-bozonok a közelben, mert nagyon sok energiára van szükség ahhoz, hogy létrejöjjön egy. A CERN nagy hadronütköztetőjét elsősorban ezért építették. Két részecskecsomagot gyorsít fel majdnem fénysebességre (ellentétes irányba haladva), majd elindítja őket egy olyan pályán, hogy összeütközzenek egymással.
Minden egyes ütközés új részecskéket hoz létre, amelyeket az ütközési pont körül elhelyezett detektorok érzékelnek. Még mindig csak nagyon kicsi az esélye, egy a 10 milliárdhoz, hogy egy Higgs-bozon megjelenik és kimutatható. Ahhoz, hogy megtalálják azt a néhány ütközést, amely a Higgs-bozonra utaló jeleket tartalmaz, az LHC részecskék trillióit zúzza össze, a szuperszámítógépek pedig hatalmas adatmennyiséget szitálnak át.
A Higgs-bozonok engedelmeskednek az energiamegmaradás törvényének, amely kimondja, hogy energia nem keletkezik vagy semmisül meg, hanem csak átvihető vagy megváltoztathatja alakját. Az energia először a Higgs-mezővel kölcsönhatásba lépő mérőbozonban indul el. Ez az energia mozgási energia formájában, mozgásként jelentkezik. Miután a mérőbozon kölcsönhatásba lép a Higgs-mezővel, lelassul. Ez a lassulás csökkenti a kinetikus energia mennyiségét a mérőbozonban. Ez az energia azonban nem semmisül meg. Ehelyett a mozgásból származó energia a mezőbe kerül, és tömegenergiává alakul át, ami a tömegben tárolt energia. A keletkezett tömeg azzá válhat, amit Higgs-bozonnak nevezünk. A létrehozott tömeg mennyisége Einstein híres E=mc2 egyenletéből származik, amely kimondja, hogy a tömeg egyenlő egy nagy mennyiségű energiával (például 1 kg tömeg közel 90 kvadrillió joule energiával egyenértékű - ugyanannyi energiát használ fel az egész világ nagyjából egy és negyed óra alatt 2008-ban). Mivel a Higgs-mező által létrehozott tömeg-energia mennyisége megegyezik azzal a mozgási energiával, amelyet a mérőbozon a lassulással elveszített, az energia megmarad.
A Higgs-bozonokat számos sci-fi történetben használják. Leon Lederman fizikus 1993-ban "isteni részecskének" nevezte.
Számítógéppel generált kép a Higgs kölcsönhatásról
Discovery
2011. december 12-én a Higgs-bozont kereső két kutatócsoport, az ATLAS és a CMS a Nagy Hadronütköztetőben bejelentette, hogy végre olyan eredményeket láttak, amelyek a Higgs-bozon létezésére utalhatnak, de nem tudták biztosan, hogy ez igaz-e.
2012. július 4-én a Nagy Hadronütköztetőben dolgozó csapatok bejelentették, hogy felfedeztek egy részecskét, amely szerintük a Higgs-bozon.
2013. március 14-én a csapatok még több vizsgálatot végeztek, és bejelentették, hogy szerintük az új részecske egy Higgs-bozon.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a Higgs-bozon?
V: A Higgs-bozon a fizika standard modelljének egyik részecskéje. Először Peter Higgs vetette fel az 1960-as években, és a CERN tudósai 2013. március 14-én megerősítették, hogy létezik. A Standard Modell 17 részecskéjének egyike, és a bozonok közé tartozik, amelyekről úgy gondolják, hogy a fizikai erőkért felelősek.
K: Hogyan működik a Higgs-mező?
V: A Higgs-mező egy olyan alapvető mező, amely szinte mindenhol nem nulla értéket vesz fel. Ez volt a Standard Modell utolsó igazolatlan része, és létezését "a részecskefizika központi problémájának" tekintették. Amikor a mérőbozonok kölcsönhatásba lépnek vele, lelassulnak, és mozgási energiájuk tömeg-energia létrehozására megy át, ami azzá válik, amit Higgs-bozonnak nevezünk. Ez a folyamat engedelmeskedik az energiamegmaradás törvényének, amely szerint energia nem keletkezik vagy semmisül meg, hanem átadható vagy alakot változtathat.
K: Miért nehéz kimutatni a Higgs-bozont?
V: A Higgs-bozonnak más részecskékhez képest nagyon nagy a tömege, ezért nem tart sokáig. Általában nincsenek körülötte, mert nagyon sok energiára van szükség ahhoz, hogy létrejöjjön. Megtalálásához a tudósok szuperszámítógépekkel szitálják át a CERN nagy hadronütköztetőjében (LHC) a részecskék trilliónyi ütközéséből származó hatalmas adatmennyiséget. Még így is csak kis esély van arra (egy a 10 milliárdhoz), hogy a Higgsre utaló jelek megjelenjenek és kimutathatóak legyenek.
K: Milyen más ismert bozonok léteznek még?
V: A többi ismert bozon közé tartoznak a fotonok, a W- és Z-bozonok és a gluonok.
K: Hogyan kapcsolódik Einstein E=mc2 egyenlete a tömeg-energia mozgási energiából való keletkezéséhez?
V: Einstein híres egyenlete kimondja, hogy a tömeg egyenlő egy rendkívül nagy mennyiségű energiával (például 1 kg = 90 kvadrillió joule). Amikor a Higgs-mezővel kölcsönhatásba lépő mérőbozonok kinetikus energiája lelassul, ugyanez a kinetikus energia mennyisége tömeg-energia létrehozására megy át, ami azzá válik, amit Higgs-bozonnak nevezünk - így a megőrzési törvények szerint a teljes energia megmarad.
K: Milyen szerepet játszanak a sci-fi történetek a Higgs-bozonok működésének megértésében?
V: A tudományos-fantasztikus történetekben gyakran szerepelnek higgsbozonok a cselekmény részeként, de ezek a történetek nem feltétlenül nyújtanak pontos tudományos információt a működésükről - inkább szórakoztatási célokat szolgálnak, mint bármi mást!
