Higsa lauks
Higsa lauks ir enerģijas lauks, kas, domājams, pastāv visos Visuma reģionos. Šo lauku pavada fundamentālā daļiņa, kas pazīstama kā Higsa bozons, kuru lauks izmanto, lai nepārtraukti mijiedarbotos ar citām daļiņām, piemēram, elektronu. Daļiņām, kas mijiedarbojas ar šo lauku, tiek "piešķirta" masa, un, līdzīgi kā objektam, kas iet cauri treknumam (vai melasai), tās kļūst lēnākas, kad tās iet cauri šim laukam. Rezultātā daļiņai "iegūstot" masu no lauka, tiek novērsta tās spēja pārvietoties ar gaismas ātrumu.
Higsa lauks pats par sevi nerada masu, jo, radot matēriju vai enerģiju no nekā, tiktu pārkāpti saglabāšanas likumi. Tomēr daļiņas iegūst masu, izmantojot Higsa lauka mijiedarbību ar Higsa bozonu. Higsa bozons satur relatīvo masu enerģijas veidā, un, kad lauks ir piešķīris daļiņai, kas agrāk bija bezmasas daļiņa, attiecīgā daļiņa palēnināsies, jo tagad tā ir kļuvusi "smaga".
Ja Higsa lauks nepastāvētu, daļiņām nebūtu nepieciešamās masas, lai piesaistītu viena otru, un tās brīvi peldētu apkārt ar gaismas ātrumu. Neeksistētu arī gravitācija, jo nebūtu masas, kas piesaistītu citu masu.
Masas piešķiršanu objektam sauc par Higsa efektu. Šis efekts nodod masu vai enerģiju jebkurai daļiņai, kas caur to iziet. Gaisma, kas caur to iet, iegūst enerģiju, nevis masu, jo tās viļņu formai nav masas, bet tās daļiņu forma pastāvīgi pārvietojas ar gaismas ātrumu.
Higsa mijiedarbības datorizēts attēls
Higsa efekts
Pirmo reizi teorētiski Higsa efektu 1968. gadā aprakstīja PRL simetrijas laušanas darbu autori. 1964. gadā trīs grupas uzrakstīja zinātniskus darbus, kuros ierosināja saistītas, bet atšķirīgas pieejas, lai izskaidrotu, kā masa varētu rasties lokālajās mērījumu teorijās.
2013. gadā Higsa bozons un netieši arī Higsa efekts tika provizoriski pierādīts Lielajā hadronu paātrinātājā (un 2012. gada 4. jūlijā Higsa bozons tika atklāts). Šis efekts tika uzskatīts par trūkstošās standarta modeļa daļas atrašanu.
Saskaņā ar mērījumu teoriju (teoriju, kas ir standarta modeļa pamatā) visām spēka daļiņām vajadzētu būt bezmasas daļiņām. Tomēr spēka daļiņām, kas ir vājā spēka starpnieki, ir masa. Tas ir Higsa efekta dēļ, kas lauž SU(2) simetriju (SU apzīmē speciālo unitāro matricu veidu, un 2 norāda uz iesaistīto matricu lielumu).
Sistēmas simetrija ir ar sistēmu veikta operācija, piemēram, rotācija vai pārvietojums, kas atstāj sistēmu būtībā nemainīgu. Simetrija ir arī noteikums par to, kā kaut kam vienmēr būtu jārīkojas, ja vien to neietekmē kāds ārējs spēks. Piemērs ir Rubika kubs. Ja mēs paņemam Rubika kubu un sajaucam to, izdarot jebkādus kustības, joprojām ir iespējams to atrisināt. Tā kā katrs mūsu izdarītais gājiens joprojām ļauj Rubika kubu atrisināt, varam teikt, ka šie gājieni ir Rubika kuba "simetrijas". Kopā tie veido tā saukto Rubika kuba simetrijas grupu. Jebkura no šiem gājieniem neizmaina mīklu, un tā vienmēr paliek atrisināma. Taču mēs varam izjaukt šo simetriju, piemēram, izjaucot kubu un saliekot to atpakaļ kopā pilnīgi nepareizi. Neatkarīgi no tā, kādus gājienus mēs tagad izmēģinām, kubu atrisināt nav iespējams. Kuba sadalīšana un salikšana atpakaļ nepareizā veidā ir "ārējais spēks": Bez šī ārējā spēka nekas, ko mēs darām ar kubu, nepadara to neatrisināmu. Rubika kuba simetrija ir tāda, ka tas paliek atrisināms neatkarīgi no tā, kādus kustības mēs veicam, ja vien mēs neizjaucam kubu.
Higsa bozona radīšana
Veidu, kā tiek lauzta SU(2) simetrija, sauc par "spontānu simetrijas laušanu". Spontāna nozīmē nejauša vai negaidīta, simetrijas ir noteikumi, kas tiek mainīti, un laušana attiecas uz to, ka simetrijas vairs nav tādas pašas. SU(2) simetrijas spontānas laušanas rezultāts var būt Higsa bozons.
Higsa efekta iemesls
Higsa efekts rodas tāpēc, ka daba "tiecas" uz zemākās enerģijas stāvokli. Higsa efekts radīsies tāpēc, ka Higsa lauka tuvumā esošie mērījumu bozoni vēlēsies atrasties zemākās enerģijas stāvokļos, un tas varētu izjaukt vismaz vienu simetriju.
Lai attaisnotu masas piešķiršanu daļiņai, kas varētu būt bezmasas daļiņa, zinātnieki bija spiesti darīt ko neparastu. Viņi pieņēma, ka vakuumā (tukšā telpā) patiesībā ir enerģija, un tādējādi, ja tajā nonāktu daļiņa, ko mēs uzskatām par bezmasas daļiņu, vakuuma enerģija tiktu pārnesta uz šo daļiņu, piešķirot tai masu. Matemātiķis Džefrijs Goldstouns pierādīja, ka, pārkāpjot kādu simetriju (piemēram, simetrija ar Rubika kubu būtu tāda, ja noteiktu, ka stūriem vienmēr jābūt pagrieztiem 0 vai 3 reizes, lai tie būtu atrisināmi (tas darbojas)), notiks reakcija. Rubika kuba gadījumā kubs kļūs neatrisināms, ja tiks pārkāptas šīs prasības. Higsa lauka gadījumā rodas kaut kas, kas nosaukts Džefrija Goldstona (un vēl viena zinātnieka, kurš strādāja kopā ar viņu, vārdā Joičiro Nambu) vārdā, proti, Nambu-Goldstona bozons. Tā ir vakuuma uzbudināta vai enerģētiska forma, ko var attēlot diagrammā, atklājot iepriekš redzamo. To pirmais izskaidroja Pīters Higss.
Tā sauktais "Meksikas cepures potenciāls"
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Higsa lauks?
A: Higsa lauks ir enerģijas lauks, kas, domājams, eksistē visos Visuma reģionos.
J: Kāda ir fundamentālā daļiņa, kas ir saistīta ar Higsa lauku?
A: Fundamentālā daļiņa, kas saistīta ar Higsa lauku, ir Higsa bozons.
J: Kas notiek, kad daļiņas mijiedarbojas ar Higsa lauku?
A: Daļiņām, kas mijiedarbojas ar Higsa lauku, tiek "piešķirta" masa, un, šķērsojot Higsa lauku, tās kļūst lēnākas.
Vai Higsa lauks rada masu?
A: Nē, Higsa lauks nerada masu. Daļiņas iegūst masu, mijiedarbojoties ar Higsa bozonu.
J: Kāds ir daļiņas masas iegūšanas rezultāts no Higsa lauka?
A.: Higsa lauka radītā daļiņas masas iegūšana ir daļiņas spējas pārvietoties ar gaismas ātrumu kavēšana.
J: Kas notiktu, ja Higsa lauks nepastāvētu?
A: Ja Higsa lauka nebūtu, daļiņām nebūtu nepieciešamās masas, lai piesaistītu viena otru, un tās brīvi peldētu apkārt ar gaismas ātrumu.
J: Kas ir Higsa efekts?
A.: Higsa efekts nozīmē masas piešķiršanu objektam, kas notiek, kad daļiņas šķērso Higsa lauku un mijiedarbojas ar Higsa bozonu.
