Θεωρίες φυσικής Σωματιδιακή φυσική

Μποζόνιο και πεδίο Higgs

Written by Δ.Μ.

Θα πρέπει να κάνουμε μια διάκριση ανάμεσα στο μποζόνιο Higgs και το πεδίο Higgs. Το πεδίο Higgs είναι η ουσία που δίνει σε όλα τα άλλα σωματίδια μάζα. Κάθε σωματίδιο στο σύμπαν μας «κολυμπάει» μέσα σε αυτό το πεδίο Higgs. Μέσω αυτής της αλληλεπίδρασης κάθε σωματίδιο παίρνει τη μάζα του. Τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs με διαφορετικές δυνάμεις, επομένως μερικά σωματίδια είναι βαρύτερα (έχουν μεγαλύτερη μάζα) από κάποια άλλα. Ορισμένα δε σωματίδια δεν έχουν μάζα γιατί δεν αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs, δεν αισθάνονται το πεδίο. Το φαινόμενο αυτό είναι το αντίθετο που μας συμβαίνει όταν κολυμπάμε στο νερό, καθώς οι άνθρωποι όταν επιπλέουν στο νερό «γίνονται» ελαφρύτεροι. Ανάλογα με το μέγεθος, το σχήμα, κ.λπ., μερικοί άνθρωποι επιπλέουν καλύτερα από κάποιους άλλους.

Share

Θα πρέπει να κάνουμε μια διάκριση ανάμεσα στο μποζόνιο Higgs και το πεδίο Higgs. Το πεδίο Higgs είναι η ουσία που δίνει σε όλα τα άλλα σωματίδια μάζα. Κάθε σωματίδιο στο σύμπαν μας «κολυμπάει» μέσα σε αυτό το πεδίο Higgs. Μέσω αυτής της αλληλεπίδρασης κάθε σωματίδιο παίρνει τη μάζα του. Τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs με διαφορετικές δυνάμεις, επομένως μερικά σωματίδια είναι βαρύτερα (έχουν μεγαλύτερη μάζα) από κάποια άλλα.  Ορισμένα δε σωματίδια δεν έχουν μάζα γιατί δεν αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs, δεν αισθάνονται το πεδίο. Το φαινόμενο αυτό είναι το αντίθετο που μας συμβαίνει όταν κολυμπάμε στο νερό, καθώς οι άνθρωποι όταν επιπλέουν στο νερό «γίνονται» ελαφρύτεροι. Ανάλογα με το μέγεθος, το σχήμα, κ.λπ., μερικοί άνθρωποι επιπλέουν καλύτερα από κάποιους άλλους.

higgs-boson

Το πεδίο Higgs δεν θεωρείται δύναμη. Δεν μπορεί να επιταχύνει τα σωματίδια, δεν μεταφέρει ενέργεια. Εντούτοις, αλληλεπιδρά καθολικά με όλα τα σωματίδια (εκτός από τα άμαζα), δίνοντας τις μάζες τους.

Το μποζόνιο Higgs είναι ένα σωματίδιο. Λαμβάνει τη μάζα του σαν όλα τα άλλα σωματίδια: με την αλληλεπίδραση του (κολυμπώντας σε αυτό) με το πεδίο Higgs. Αλλά όπως μπορείτε να φανταστείτε, το σωματίδιο Higgs διαφέρει από όλα τα άλλα σωματίδια που γνωρίζουμε. Μπορεί να θεωρηθεί ένα πυκνό σημείο στο πεδίο Higgs, το οποίο μπορεί να ταξιδέψει όπως οποιοδήποτε άλλο σωματίδιο. Σαν μια σταγόνα νερού στους υδρατμούς.

Το μποζόνιο Higgs έχει πολλούς τρόπους αλληλεπίδρασης με όλα τα άλλα είδη σωματιδίων απ’ ότι το πεδίο Higgs (το οποίο προκαλεί απλώς μια μάζα). Υπό αυτή την έννοια κάποιος θα μπορούσε να αποκαλέσει το σωματίδιο Higgs το διαμεσολαβητικό σωματίδιο του πεδίου Higgs. Το πεδίο Higgs είναι το “σιωπηλό” πεδίο που δίνει τη μάζα. Δεν μπορούμε να το εξετάσουμε άμεσα. Αλλά η ανακάλυψη του μποζόνιου Higgs, του «διαμεσολαβητή», αποδεικνύει και την ύπαρξη του πεδίου Higgs.

Το σωματίδιο Higgs, όπως πολλά άλλα στοιχειώδη σωματίδια, δεν είναι ένα σταθερό σωματίδιο. Δεδομένου ότι αλληλεπιδρά με όλα τα σωματίδια με μάζα, μπορεί να δημιουργηθεί σε συγκρούσεις ανάμεσα σε σωματίδια. Βεβαίως το σωματίδιο Higgs δεν αλληλεπιδρά με σωματίδια χωρίς μάζα, όπως είναι το φωτόνιο ή το γκλουόνιο. Επειδή αυτά τα σωματίδια δεν αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs, και το μποζόνιο Higgs επίσης δεν αλληλεπιδρά με αυτά.

Μόλις δε δημιουργηθεί το σωματίδιο Higgs, τελικά θα αποσυντεθεί. Αν και το σωματίδιο Higgs αλληλεπιδρά με όλα τα σωματίδια με μάζα προτιμά να αλληλεπιδράσει με τα βαρύτερα στοιχειώδη σωματίδια που γνωρίζουμε, ειδικά το κορυφαίο (top) κουάρκ, το οποίο ανακαλύφθηκε στο Fermilab το 1995. Λόγω αυτής της ιδιότητας του μποζονίου Higgs οι φυσικοί μπόρεσαν να το βρουν στον επιταχυντή του CERN, που είχε αρκετή ενέργεια για να παράγει το μποζόνιο Higgs.

44f45904600be446a4dc4ec7a340cbe5

Πρωτόνια που αποτελούνται από τρία κουάρκ συγκρούστηκαν μεταξύ τους με ταχύτητα 99.9999991% της ταχύτητας του φωτός, οπότε τα κουάρκ είχαν την ενέργεια που απαιτείται για να δημιουργήσουν το σωματίδιο Higgs.

Το σωματίδιο Higgs θεωρείται φορέας δύναμης. Είναι ένα μποζόνιο, όπως και τα άλλα σωματίδια που μεταφέρουν δύναμη: τα φωτόνια, τα γκλουόνια, τα ηλεκτρασθενή μποζόνια. Μπορεί κανείς να ονομάσει τη δύναμη που προκαλείται από το μποζόνιο Higgs ως καθολική, καθώς το μποζόνιο Higgs αλληλεπιδρά με όλα τα είδη των σωματιδίων με μάζα, ανεξάρτητα από το αν πρόκειται για κουάρκ, λεπτόνια ή ακόμα και μποζόνια με μάζα. Μόνο τα φωτόνια και τα γκλουόνια δεν αλληλεπιδρούν με το μποζόνιο Higgs. Τα νετρίνα, τα ελαφρύτερα σωματίδια με σχεδόν μηδενική μάζα, αλληλεπιδρούν ελάχιστα με το μποζόνιο Higgs. Τα δε κορυφαία κουάρκ, που έχουν περίπου τη μάζα ενός ατόμου χρυσού, έχουν την ισχυρότερη αλληλεπίδραση με το μποζόνιο Higgs.

Πώς να φανταστούμε ότι παίρνουν μάζα τα σωματίδια;

Φανταστείτε το σύμπαν σαν το δωμάτιο όπου γίνεται ένα πάρτι. Σχετικά άγνωστοι επισκέπτες στο πάρτι μπορούν να περάσουν γρήγορα μέσα από το δωμάτιο απαρατήρητοι. Οι πιο δημοφιλείς όμως καλεσμένοι θα προσελκύσουν ομάδες ανθρώπων γύρω τους (τα μποζόνια Higgs) που αργότερα θα επιβραδύνουν την κυκλοφορία τους μέσα από το δωμάτιο. Η ταχύτητα των σωματιδίων που κινούνται μέσα στο πεδίο Higgs λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Ορισμένα σωματίδια θα προσελκύσουν μεγαλύτερα σμήνη από μποζόνια Higgs – και όσο περισσότερους μποζόνια Higgs ένα σωματίδιο προσελκύει, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η μάζα του.

About the author

Δ.Μ.

Share