4 юли 2017 г.

4 юли 2012 година. Екипът физици от CERN съобщава, че е открит бозона на Хигс – вероятно най-търсената елементарна частица на XXI век. Съществуването му е предсказано далеч преди това, а регистрирането му е едно от най-значимите научни постижения през последните години. 

Бозонът на Хигс наистина е “звездата” сред елементарните частици, дори и само заради това, че за него са чували маса хора, далеч от проблемите на физиката. Откриването му се превърна в истинска медийна сензация.

Интересното е, че физикът Питър Хиггс, на чието име е кръстен бозона, предлага механизъм, обясняващ произхода на масата на елементарните частици още през 60-те години на миналия век. В изследванията си физикът предсказва съществуването на нова частица – Хигс бозон. Но учените успяват да я регистрират и потвърдят съществуването й едва 50 години по-късно. Питър Хигс е убеден, че няма да доживее деня, в който експериментално да бъде потвърдена теорията му. Но в това си предположение бърка. 86-годишният физик не само доживява до изнамирането на бозона, но и получава за това Нобеловата награда, заедно с друг учен Франсоа Енглер. И двамата са наградени за теоретичната обосновка на съществуването на Хигс бозона.

Какво точно е бозонът на Хигс и какви са особеностите му?
Бозонът на Хигс е най-търсената елементарна частица на XXI век. Всички физици на планетата “дишат по-спокойно” след нейното откриване. Обаче, за какво е нужна тази частица? Какво представлява и от къде се “появява”?

Първо да си отговорим на друг въпрос - какво представлява полето на Хигс?
Според съвременните представи, всичко около нас е съставено от 12 елементарни частици. Всички частици могат по един или друг начин да взаимодействат помежду си (т.е. да се привличат, отблъскват). Съществуват 4 типа на взаимодействие: гравитационно, електромагнитно, силно и слабо.
Модел, който показва появата на Хигс бозон при сблъскването на два протона
Взаимодействията между частиците се случва с помощта на размяна на особени виртуални частици, които пренасят взаимодействията. Например, два електрона се отблъскват един от друг, защото непрекъснато си обменят фотони. Два протона се притеглят в ядрото, защото си обменят виртуални глуони, и така нататък.

Според уравненията на физиката на елементарните частици, пренасящите взаимодействията виртуални частици не бива да имат маса. Но при много от експериментите се оказва, че те все пак имат маса. За да се разреши това противоречие е въведено т.нар. поле на Хигс. По принцип, физиците много отдавна смятат, че вакуумът всъщност изобщо не е… вакуум. Запълват го микроскопични колебания на всички видове физични полета, виртуални двойки частици-античастици и така нататък. Така че идеята, че сме “потопени” в някакво поле на Хигс, не е нещо, което предизвиква особено учудване.

И тук идва същественото. Може условно да се смята, че всички пренасящи взаимодействията частици са без маса. Някои от тях обаче си взаимодействат с полето на Хигс, което изпълва цялото пространство. По този начин те един вид се забавят, стават инертни. А точно това означава, че придобиват маса.

Може да се направи аналогия с топчета стиропор. Ако ги поставите на равна повърхност, дори и от най-слабото подухване ще се разхвърчат. Но ако ги разхвърлите по водна повърхност, то няма да е толкова лесно да ги задвижите. Водата, подобно на полето на Хигс, придава на частиците някаква инертност, нещо като “допълнителна” маса, което прави и придвижването им по-трудно.

Така се появява масата и при всички елементарни частици. Този механизъм е описан теоретично още през 1964 година от Питър Хигс в рамките на т.нар. Стандартен модел (основният модел във физиката на елементарните частици), но експериментални доказателства за съществуването му липсват дълго време. Разработката е от фундаментално значение, защото обяснява едно от основополагащите свойства на материята – масата. От това, дали тази теория е вярна или не, зависи бъдещето развитие на физиката. Точно заради това учените полагат неимоверно много усилия в търсенето на Хигс бозона.
Схема на взаимодействията на елементарните частици, описващи Стандартния модел
Защото, всяко поле може да се асоциира с определена частицаквантът на това поле. Например, електромагнитното поле се асоциира с фотоните. Бозонът на Хигс е квант на полето на Хигс. Доказването на неговото съществуване позволява да се твърди със сигурност, че теорията на Хигс е правилна.

Бозонът се оказва достатъчно тежък – 130 пъти по-тежък от протона. Знаем, че енергията е еквивалентна на масата (съгласно формулата E=mc2). Затова се налага да се построят огромни ускорители на частици, които да направят възможно,  да се регистрира тази частица.

Засега е рано да се каже до какво ще доведе откритието. Предстоят още години на детайлно и постепенно изучаване на свойствата на частицата и полето на Хигс. Не бива да забравяме, че много от фундаменталните открития във физиката, като например откриването на електромагнитните вълни или създаването на теорията на относителността, в началото не предизвикват особен практически интерес. Но днес те се използват навсякъде и у никого няма съмнение, че това са големи постижения на науката. Напълно възможно е подобна слава да очаква и бозонът на Хигс.

0 коментара:

Публикуване на коментар