Какво е бозонът на Хигс?

Какво е това нещо, за което непрекъснато слушаме – Хигс бозонът, и защо е важно?

Казано е, че най-добрият начин да се научиш е да преподаваш. И така, днес ще обясня всичко, което мога за бозона на Хигс. И ако направя това правилно, може би, просто може би, ще го разбера малко по-добре до края на епизода.

Бих искал да уточня, че това видео е за човека, чиито очи блестят всеки път, когато чуете термина Хигс бозон. Знаете, че това е някаква частица, Нобелова награда, маса, бла-бла. Но всъщност не разбирате какво е и защо е важно.

Първо, нека започнем със стандартния модел. Това по същество са законите на физиката на елементарните частици, както ги разбират учените. Те обясняват цялата материя и сили, които виждаме навсякъде около нас. Е, по-голямата част от въпроса има няколко големи мистерии, които ще обсъдим, докато навлизаме по-дълбоко в това.

Но важното, което трябва да разберете, е, че има две основни категории: фермиони и бозони.

Бозони, фермиони и други частици след сблъсък. Кредит: ЦЕРН

Фермионите са материя. Има протони и неутрони, които са изградени от кварки, и има лептони, които са неделими, като електрони и неутрино. С мен досега? Всичко, което можете да докоснете, са тези фермиони.

Бозоните са частиците, които предават силите на Вселената. Този, с който вероятно сте запознати, е фотонът, който предава електромагнитната сила. След това има глуон, който предава силната ядрена сила и W и Z бозоните, които съобщават слабата ядрена сила.

Мистерия номер 1, гравитация. Въпреки че това е една от основните сили на Вселената, никой не е открил бозонна частица, която предава тази сила. Така че, ако търсите Нобелова награда, намерете гравитационен бозон и той е ваш. Докажете, че гравитацията няма бозон и можете също да получите Нобелова награда. Така или иначе, в него има Нобелова награда за вас.

Кредит: PBS NOVA [1], Fermilab, Office of Science, Министерство на енергетиката на Съединените щати, Particle Data Group

Отново, това е Стандартният модел и той точно описва законите на природата, както ги виждаме около нас.

Една от най-големите неразгадани мистерии във физиката беше концепцията за масата. Защо нещо изобщо има маса или инерция? Защо количеството физически „неща“ в даден обект определя колко лесно е да се движи или колко трудно е да го накарате да спре?

През 60-те години на миналия век физикът Питър Хигс прогнозира, че трябва да има някакво поле, което пронизва цялото пространство и взаимодейства с материята, нещо като риба, плуваща във вода. Колкото повече маса има един обект, толкова повече той взаимодейства с това поле на Хигс.

И точно като другите фундаментални сили във Вселената, полето на Хигс трябва да има съответен бозон, който да предава силата – това е бозонът на Хигс.

Самото поле е неоткриваемо, но ако можете по някакъв начин да откриете съответните частици на Хигс, бихте могли да предположите съществуването на полето.

Напречно сечение на Големия адронен колайдер, където са поставени неговите детектори и възникват сблъсъци. LHC е на цели 175 метра (574 фута) под земята на френско-швейцарската граница близо до Женева, Швейцария. Ускорителният пръстен е с обиколка 27 км (17 мили). (Снимка: CERN)

И тук идва Големият адронен колайдер. Работата на ускорителя на частици е да преобразува енергията в материя чрез формулата e=mc2. Като ускоряват частиците – като протоните – до огромни скорости, те им дават огромно количество кинетична енергия. Всъщност в настоящата си конфигурация LHC премества протоните до 0,999999991c, което е с около 10 km/h по-бавно от скоростта на светлината.

Когато снопове от частици, движещи се в противоположни посоки, се сблъскат заедно, той концентрира огромно количество енергия в малък обем пространство. Тази енергия трябва някъде да отиде, така че да замръзне като материя (благодаря на Айнщайн). Колкото повече енергия можете да се сблъскате, толкова по-масивни частици можете да създадете.

И така, през 2013 г. LHC позволи на физиците най-накрая да могат да потвърдят наличието на Хигс бозона, като настроят енергията на сблъсъците на точното ниво и след това открият каскадата от частици, която се появява при разпадането на Хигс бозона.

Тъй като са открити правилните частици, можете да предположите наличието на Хигс бозона и поради това можете да приемете наличието на Хигс полето. Нобелови награди за всички.

Сблъсък на частици. Кредит: ЦЕРН

Казах, че са останали няколко загадки; гравитацията беше една, разбира се, но има още няколко. Реалността е, че сега физиците знаят, че материята, която описах, всъщност е само част от цялата Вселена. Космолозите изчисляват, че само 4% от Вселената е нормалната барионна материя, с която сме запознати.

Други 23% е тъмна материя, а още 73% е тъмна енергия. Така че все още има много мистерии, които да държат физиците заети с години.

И така, през 2013 г. Големият адронен колайдер най-накрая извади частицата, която физиците са прогнозирали в продължение на 50 години. Най-накрая беше доказано, че съществува последната част от Стандартния модел и ние сме по-близо до разбирането какво представляват 4% от Вселената. Останалите 96% (о, и гравитацията) все още са пълна мистерия.

Физиците издигат LHC до все по-високи и по-високи нива на енергия, за да търсят други частици, да разберат тъмната материя и да видят дали могат да генерират микроскопични черни дупки. Този могъщ инструмент има още много наука за разкриване, така че следете.

Това е Хигс бозонът накратко. Кажете ми, ако има други концепции във физиката на елементарните частици, за които бихте искали да говорите. Поставете вашите идеи в коментарите по-долу.

Подкаст (аудио): Изтегли (Продължителност: 6:17 — 5,8 MB)

Абонирай се: Подкасти на Apple | RSS

Подкаст (видео): Изтегли (Продължителност: 6:40 — 78,9 MB)

Абонирай се: Подкасти на Apple | RSS