Хигс бозон
Хигс бозонът (или частицата на Хигс) е частица от Стандартния модел на физиката. През 60-те години на миналия век Питър Хигс е първият човек, който предполага, че тази частица може да съществува. На 14 март 2013 г. учени от ЦЕРН потвърждават условно, че са открили частица на Хигс.
Частицата на Хигс е една от 17-те частици в Стандартния модел - физичния модел, който описва всички известни основни частици. Частицата на Хигс е бозон. Смята се, че бозоните са частици, които са отговорни за всички физически сили. Други известни бозони са фотонът, W и Z бозоните и глуонът. Учените все още не знаят как да съчетаят гравитацията със Стандартния модел.
Полето на Хигс е фундаментално поле с решаващо значение за теорията на физиката на елементарните частици. За разлика от други известни полета, като например електромагнитното поле, полето на Хигс приема една и съща ненулева стойност почти навсякъде. Въпросът за съществуването на полето на Хигс е последната непроверена част от Стандартния модел на физиката на елементарните частици и според някои е "централният проблем във физиката на елементарните частици".
Трудно е да се открие Хигс бозонът. Хигс бозонът е много масивен в сравнение с другите частици, така че не издържа много дълго. Обикновено наоколо няма Хигс бозони, защото за създаването им е необходима много енергия. Големият адронен колайдер в ЦЕРН е построен главно по тази причина. Той ускорява два снопа частици до почти светлинна скорост (движещи се в противоположни посоки), преди да ги насочи към сблъсък помежду им.
При всеки сблъсък се образува поток от нови частици, които се откриват от детекторите около мястото на сблъсъка. Все още има много малък шанс - едно на 10 милиарда - да се появи и да бъде открит Хигс бозон. За да се открият малкото сблъсъци с доказателства за съществуването на Хигс бозона, LHC разбива трилиони частици, а суперкомпютрите пресяват огромно количество данни.
Хигс бозоните се подчиняват на закона за запазване на енергията, който гласи, че никаква енергия не се създава и не се унищожава, а може да се пренася или да променя формата си. Първо, енергията започва в калибровъчния бозон, който взаимодейства с полето на Хигс. Тази енергия е под формата на кинетична енергия като движение. След като калибровъчният бозон взаимодейства с полето на Хигс, той се забавя. Това забавяне намалява количеството кинетична енергия в калибровъчния бозон. Тази енергия обаче не се унищожава. Вместо това енергията от движението отива в полето и се превръща в масова енергия, която е енергията, съхранена в масата. Създадената маса може да се превърне в това, което наричаме Хигс бозон. Количеството на създадената маса идва от известното уравнение на Айнщайн E=mc2, което гласи, че масата е равна на голямо количество енергия (например 1 kg маса е еквивалентен на почти 90 квадрилиона джаула енергия - същото количество енергия, използвано от целия свят за приблизително час и четвърт през 2008 г.). Тъй като количеството маса-енергия, създадено от полето на Хигс, е равно на количеството кинетична енергия, която калибровъчният бозон е загубил, като се е забавил, енергията се запазва.
Хигс бозоните се използват в различни научнофантастични истории. През 1993 г. физикът Леон Ледерман го нарича "божествената частица".
Компютърно генерирано изображение на взаимодействие с Хигс
Откриване
На 12 декември 2011 г. двата екипа на Големия адронен колайдер, които търсят Хигс бозона, ATLAS и CMS, обявиха, че най-накрая са получили резултати, които биха могли да подскажат, че Хигс бозонът съществува; те обаче не знаеха със сигурност дали това е вярно.
На 4 юли 2012 г. екипите на Големия адронен колайдер обявиха, че са открили частица, която според тях е Хигс бозонът.
На 14 март 2013 г. екипите направиха много повече тестове и обявиха, че вече смятат, че новата частица е Хигс бозон.
Въпроси и отговори
Въпрос: Какво представлява Хигс бозонът?
О: Хигс бозонът е частица от Стандартния модел на физиката. За първи път е предложен от Питър Хигс през 60-те години на миналия век, а съществуването му е потвърдено от учени в ЦЕРН на 14 март 2013 г. Той е една от 17-те частици в Стандартния модел и е бозон, за който се смята, че е отговорен за физическите сили.
Въпрос: Как работи полето на Хигс?
О: Полето на Хигс е фундаментално поле, което приема ненулева стойност почти навсякъде. То е последната непроверена част от Стандартния модел и съществуването му се разглежда като "централен проблем във физиката на елементарните частици". Когато калибровъчните бозони взаимодействат с него, те се забавят и кинетичната им енергия отива за създаване на масова енергия, която се превръща в това, което наричаме Хигс бозон. Този процес се подчинява на закона за запазване на енергията, при който не се създава и не се унищожава енергия, а вместо това може да се прехвърля или да променя формата си.
Въпрос: Защо е трудно да се открие Хигс бозонът?
О: Хигс бозонът има много голяма маса в сравнение с другите частици, така че не се запазва много дълго. Обикновено няма наоколо, защото за създаването на такъв е необходима много енергия. За да ги открият, учените използват суперкомпютри, които пресяват огромни количества данни от трилиони сблъсъци на частици в Големия адронен колайдер (LHC) на ЦЕРН. Дори и тогава има само малък шанс (едно на 10 милиарда) да се появят доказателства за съществуването на Хигс и да бъдат открити.
Въпрос: Какви други известни бозони има?
О: Другите известни бозони включват фотони, W и Z бозони и глуони.
В: Как уравнението на Айнщайн E=mc2 се отнася към създаването на масова енергия от кинетична енергия?
О: Известното уравнение на Айнщайн гласи, че масата се равнява на изключително голямо количество енергия (например 1 кг = 90 квадрилиона джаула). Когато кинетичната енергия от калибровъчните бозони, взаимодействащи с полето на Хигс, се забави, същото количество кинетична енергия отива за създаване на масова енергия, която се превръща в това, което наричаме Хигс бозон - по този начин се запазва общата енергия съгласно законите за запазване.
Въпрос: Каква роля играят научнофантастичните истории по отношение на разбирането на това как работят хигс бозоните?
О: Научнофантастичните истории често включват хигс бозони като част от сюжета си, но тези истории не предоставят непременно точна научна информация за това как те работят - те са по-скоро за забавление, отколкото за нещо друго!
