Higsa bozons
Higsa bozons (jeb Higsa daļiņa) ir fizikas standarta modeļa daļiņa. Pīters Higss 20. gadsimta 60. gados bija pirmais, kurš izteica pieņēmumu, ka šī daļiņa varētu eksistēt. 2013. gada 14. martā CERN zinātnieki provizoriski apstiprināja, ka ir atrasta Higsa daļiņa.
Higsa daļiņa ir viena no 17 daļiņām Standartmodelī - fizikas modelī, kas apraksta visas zināmās pamatdaļiņas. Higsa daļiņa ir bozons. Tiek uzskatīts, ka bozoni ir daļiņas, kas ir atbildīgas par visiem fizikālajiem spēkiem. Citi zināmie bozoni ir fotons, W un Z bozoni un glions. Zinātnieki vēl nezina, kā apvienot gravitāciju ar standarta modeli.
Higsa lauks ir fundamentāls lauks, kam ir būtiska nozīme daļiņu fizikas teorijā. Atšķirībā no citiem zināmajiem laukiem, piemēram, elektromagnētiskā lauka, Higsa lauks gandrīz visur iegūst vienu un to pašu nenulles vērtību. Jautājums par Higsa lauka eksistenci bija pēdējā nepārbaudītā daļiņu fizikas standarta modeļa daļa un, pēc dažu domām, "centrālā daļiņu fizikas problēma".
Higsa bozonu ir grūti atklāt. Higsa bozons ir ļoti masīvs, salīdzinot ar citām daļiņām, tāpēc tā pastāvēšana nav ilga. Parasti Higsa bozonu apkārtnē nav, jo, lai to radītu, ir nepieciešams ļoti daudz enerģijas. Lielais hadronu paātrinātājs CERN tika uzbūvēts galvenokārt šī iemesla dēļ. Tas paātrina divus daļiņu kūļus līdz gandrīz gaismas ātrumam (kas pārvietojas pretējos virzienos), pirms tie tiek virzīti uz sadursmes ceļu viens ar otru.
Katra sadursme rada jaunu daļiņu plūsmu, ko detektori uzrāda ap sadursmes vietu. Joprojām ir tikai ļoti maza iespēja, viena pret 10 miljardiem, ka Higsa bozons varētu parādīties un tikt atklāts. Lai atrastu tās dažas sadursmes, kurās ir Higsa bozona pazīmes, LHC sadala triljonus daļiņu, un superdatori sijā milzīgu datu apjomu.
Higsa bozoni ievēro enerģijas saglabāšanas likumu, kas nosaka, ka enerģija netiek radīta vai iznīcināta, bet tā var tikt nodota vai mainīt formu. Vispirms enerģija sākas mērījumu bozonā, kas mijiedarbojas ar Higsa lauku. Šī enerģija ir kinētiskās enerģijas veidā kā kustība. Pēc tam, kad mērījumu bozons mijiedarbojas ar Higsa lauku, tas palēninās. Šī palēnināšanās samazina kinētiskās enerģijas daudzumu gabarītbozonā. Tomēr šī enerģija netiek iznīcināta. Tā vietā kustības enerģija nonāk laukā un pārvēršas masas enerģijā, kas ir enerģija, kas uzkrāta masā. Radītā masa var kļūt par to, ko mēs saucam par Higsa bozonu. Radītās masas daudzums izriet no slavenā Einšteina vienādojuma E=mc2, kas nosaka, ka masa ir vienāda ar lielu enerģijas daudzumu (piemēram, 1 kg masas ir vienāds ar gandrīz 90 kvadriljoniem džoulu enerģijas - tikpat daudz enerģijas visa pasaule 2008. gadā patērēja aptuveni pusotras stundas laikā). Tā kā Higsa lauka radītais masas enerģijas daudzums ir vienāds ar kinētiskās enerģijas daudzumu, ko mērījumu bozons zaudēja, palēninot kustību, enerģija saglabājas.
Higsa bozoni tiek izmantoti dažādos zinātniskās fantastikas stāstos. Fiziķis Leons Ledermans 1993. gadā to nosauca par "Dieva daļiņu".
Higsa mijiedarbības datorģenerēts attēls
Atklājums
2011. gada 12. decembrī abas Lielā hadronu paātrinātāja komandas, kas meklēja Higsa bozonu, ATLAS un CMS, paziņoja, ka beidzot ir iegūti rezultāti, kas varētu liecināt par Higsa bozona eksistenci; tomēr tās vēl nezināja, vai tas ir taisnība.
2012. gada 4. jūlijā Lielā hadronu paātrinātāja komandas paziņoja, ka ir atklājušas daļiņu, kas, viņuprāt, ir Higsa bozons.
2013. gada 14. martā komandas bija veikušas daudz vairāk testu un paziņoja, ka, viņuprāt, jaunā daļiņa ir Higsa bozons.
Jautājumi un atbildes
Jautājums: Kas ir Higsa bozons?
A: Higsa bozons ir daļiņa fizikas standarta modelī. Pirmo reizi to ierosināja Pīters Higss pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados, un 2013. gada 14. martā CERN zinātnieki apstiprināja, ka tā eksistē. Tā ir viena no 17 daļiņām Standartmodelī un ir bozons, kas, domājams, ir atbildīgs par fizikālajiem spēkiem.
J: Kā darbojas Higsa lauks?
A: Higsa lauks ir fundamentāls lauks, kas gandrīz visur iegūst nenulles vērtību. Tā bija pēdējā nepārbaudītā Standartmodeļa daļa, un tās pastāvēšana tika uzskatīta par "centrālo daļiņu fizikas problēmu". Kad mērījumu bozoni ar to mijiedarbojas, tie palēninās, un to kinētiskā enerģija nonāk masas enerģijas radīšanā, kas kļūst par to, ko mēs saucam par Higsa bozonu. Šis process pakļaujas enerģijas saglabāšanas likumam, kur neviena enerģija netiek radīta vai iznīcināta, bet gan var tikt nodota vai mainīt formu.
Jautājums: Kāpēc ir grūti atklāt Higsa bozonu?
A: Higsa bozonam ir ļoti liela masa, salīdzinot ar citām daļiņām, tāpēc tā nepastāv ilgi. Apkārt parasti nav, jo, lai to radītu, ir nepieciešams tik daudz enerģijas. Lai tos atrastu, zinātnieki ar superdatoru palīdzību sijā milzīgus datu apjomus, kas iegūti triljonos daļiņu sadursmju CERN Lielajā hadronu paātrinātājā (LHC). Pat tad ir tikai neliela iespēja (1 pret 10 miljardiem), ka Higsa radīšanas pierādījumi parādīsies un tiks atklāti.
J: Kādi vēl ir citi zināmi bozoni?
A: Citi zināmie bozoni ir fotoni, W un Z bozoni un glioni.
J: Kā Einšteina vienādojums E=mc2 ir saistīts ar masas enerģijas radīšanu no kinētiskās enerģijas?
A: Einšteina slavenais vienādojums nosaka, ka masa ir vienāda ar ārkārtīgi lielu enerģijas daudzumu (piemēram, 1 kg = 90 kvadriljonu džoulu). Kad kinētiskā enerģija, ko rada mērījumu bozonu mijiedarbība ar Higsa lauku, palēninās, šis pats kinētiskās enerģijas daudzums nonāk masas enerģijas radīšanā, kas kļūst par to, ko mēs saucam par Higsa bozonu, tādējādi saglabājot kopējo enerģiju saskaņā ar saglabāšanas likumiem.
J: Kāda nozīme ir zinātniskās fantastikas stāstiem, lai saprastu, kā darbojas Higsa bozoni?
A.: Zinātniskās fantastikas stāstos bieži vien sižeta sižetā ir higsbosoni, taču šie stāsti ne vienmēr sniedz precīzu zinātnisku informāciju par to, kā tie darbojas, - tie vairāk ir domāti izklaidei, nevis kam citam!
