Механизъм на Хигс
Полето на Хигс е енергийно поле, за което се смята, че съществува във всяка област на Вселената. Полето е придружено от фундаментална частица, известна като Хигс бозон, която се използва от полето за непрекъснато взаимодействие с други частици, като например електрона. Частиците, които взаимодействат с полето, "получават" маса и подобно на обект, преминаващ през тресавище (или меласа), ще стават по-бавни при преминаването си през него. Резултатът от "придобиването" на маса от полето е възпрепятстване на способността на частицата да се движи със скоростта на светлината.
Самата маса не се генерира от полето на Хигс; създаването на материя или енергия от нищото би нарушило законите за запазване на енергията. Масата обаче се придобива от частиците чрез взаимодействието им с Хигс полето и Хигс бозона. Хигс бозоните съдържат относителната маса под формата на енергия и след като полето е надарило някогашната безмасова частица, въпросната частица ще се забави, тъй като вече е станала "тежка".
Ако полето на Хигс не съществуваше, частиците нямаше да имат необходимата маса, за да се привличат една друга, и щяха да се носят свободно със скоростта на светлината. Също така гравитацията нямаше да съществува, защото нямаше да има маса, която да привлича друга маса.
Придаването на маса на даден обект се нарича ефект на Хигс. Този ефект ще прехвърли маса или енергия на всяка частица, която премине през него. Светлината, която преминава през него, придобива енергия, а не маса, тъй като нейната вълнова форма няма маса, а формата ѝ на частица постоянно се движи със скоростта на светлината.
Компютърно генерирано изображение на взаимодействие с Хигс
Ефектът на Хигс
Ефектът на Хигс е теоретично обоснован за първи път през 1968 г. от авторите на статиите за нарушаване на симетрията на PRL. През 1964 г. три екипа пишат научни статии, в които предлагат свързани, но различни подходи за обяснение на това как може да възникне маса в локалните калибровъчни теории.
През 2013 г. Хигс бозонът, а оттам и Хигс ефектът, бяха условно доказани в Големия адронен колайдер (а Хигс бозонът беше открит на 4 юли 2012 г.). Ефектът се разглеждаше като откриване на липсващо парче от Стандартния модел.
Според калибровъчната теория (теорията, залегнала в основата на Стандартния модел) всички частици, носещи сила, трябва да са безмасови. Въпреки това силовите частици, които са посредници на слабата сила, имат маса. Това се дължи на ефекта на Хигс, който нарушава симетрията SU(2) (SU означава специална унитарна матрица, вид матрица, а 2 се отнася до размера на съответните матрици).
Симетрия на система е операция, извършена върху система, като например завъртане или преместване, която оставя системата основно непроменена. Симетрията също така предоставя правило за това как нещо трябва да действа винаги, освен ако не му въздейства външна сила. Пример за това е кубчето на Рубик. Ако вземем кубчето на Рубик и го разбъркаме, като правим каквито си искаме движения, все още е възможно да го решим. Тъй като всяко движение, което правим, все още оставя кубчето на Рубик решимо, можем да кажем, че тези движения са "симетрии" на кубчето на Рубик. Заедно те образуват така наречената група симетрии на куба на Рубик. Извършването на който и да е от тези ходове не променя главоблъсканицата, а винаги я оставя решима. Но можем да нарушим тази симетрия, като направим нещо като разглобяване на куба и сглобяването му по напълно погрешен начин. Независимо от това какви ходове ще опитаме сега, решаването на куба е невъзможно. Разглобяването на куба на части и повторното му сглобяване по неправилен начин е "външната сила": Без тази външна сила нищо, което правим с куба, не го прави нерешим. Симетрията на кубчето на Рубик се състои в това, че то остава решимо, каквито и движения да правим, стига да не разглобяваме кубчето.
Създаване на Хигс бозона
Начинът, по който се нарушава симетрията SU(2), е известен като "спонтанно нарушаване на симетрията". Спонтанно означава случайно или неочаквано, симетриите са правилата, които се променят, а нарушаването се отнася до факта, че симетриите вече не са същите. Резултатът от спонтанното нарушаване на SU(2) симетрията може да бъде Хигс бозон.
Причина за ефекта на Хигс
Ефектът на Хигс се появява, защото природата "се стреми" към най-ниското енергийно състояние. Ефектът на Хигс ще се случи, защото калибровъчните бозони в близост до полето на Хигс ще искат да бъдат в най-ниските си енергийни състояния, а това ще наруши поне една симетрия.
За да оправдаят придаването на маса на една предполагаема безмасова частица, учените бяха принудени да направят нещо необичайно. Те предположили, че вакуумът (празното пространство) всъщност има енергия и по този начин, ако в него влезе частица, която смятаме за безмасова, енергията от вакуума ще се прехвърли в тази частица, придавайки ѝ маса. Един математик на име Джефри Голдстоун доказа, че ако се наруши симетрия (например симетрия при кубчето на Рубик би било, ако се твърди, че ъглите трябва винаги да се завъртат 0 или 3 пъти, за да се решат (това работи)), ще се получи реакция. В случая с куба на Рубик кубът ще стане нерешим, ако се наруши. В случая с полето на Хигс се получава нещо, наречено на името на Джефри Голдстоун (и друг учен, който е работил с него, на име Йоичиро Намбу) - бозон на Намбу-Голдстоун. Това е възбудена или енергийна форма на вакуума, която може да се изобрази на графиката, разкриваща показаната по-горе. За първи път това е обяснено от Питър Хигс.
Така нареченият "потенциал на мексиканската шапка"
Въпроси и отговори
В: Какво представлява полето на Хигс?
О: Полето на Хигс е енергийно поле, за което се смята, че съществува във всяка област на Вселената.
В: Коя е фундаменталната частица, която е свързана с полето на Хигс?
О: Фундаменталната частица, която е свързана с полето на Хигс, е Хигс бозонът.
В: Какво се случва, когато частиците взаимодействат с полето на Хигс?
О: Частиците, които взаимодействат с полето на Хигс, получават маса и стават по-бавни, докато преминават през него.
Въпрос: Полето на Хигс генерира ли маса?
О: Не, полето на Хигс не генерира маса. Частиците придобиват маса чрез взаимодействието си с бозона на Хигс.
Въпрос: Какъв е резултатът от това, че частица придобива маса от полето на Хигс?
О: Резултатът от това, че частица придобива маса от полето на Хигс, е предотвратяване на способността ѝ да се движи със скоростта на светлината.
Въпрос: Какво би се случило, ако полето на Хигс не съществуваше?
О: Ако полето на Хигс не съществуваше, частиците нямаше да имат необходимата маса, за да се привличат една друга, и щяха да се носят свободно със скоростта на светлината.
В: Какво представлява ефектът на Хигс?
О: Ефектът на Хигс се отнася до процеса на придаване на маса на даден обект, който се случва, когато частиците преминават през полето на Хигс и взаимодействат с бозона на Хигс.
