STRESZCZENIE:
W jaki sposób Higgs nadaje masę cząstkom? W jaki sposób cząstki elementarne zyskują masę? Cała masa to Energia. 99% masy atomu jest zawarte w energii wiązania wewnątrz jądra. Ale około 1% masy jest zawarte w masie cząstek subatomowych, które tworzą atomy, elektronów i kwarków.
W jaki sposób te subatomowe cząstki uzyskują wewnętrzną masę? Dzieje się tak za sprawą pola Higgsa. Aby zrozumieć, jak ono działa, przyjrzyjmy się modelowi standardowemu fizyki cząstek.
Każda cząstka jest skwantowanym wzbudzeniem w swoim własnym polu. Wzbudzenie pola elektromagnetycznego to foton, wzbudzenie pola elektronowego to elektron itd. Wszystkie pola, w swoim najniższym stanie energetycznym, nawet gdy nie ma w nich wzbudzeń ani cząstek, zawsze mają fluktuacje. Są to wirtualne cząstki, które istnieją przez tak krótki okres czasu, że nie można ich zmierzyć. Pożyczają one energię z próżni i bardzo szybko ją oddają, gdy ulegają anihilacji.
Ale ta energia z wirtualnych cząstek, łącznie nie daje żadnych prawdziwych cząstek. Prawdziwe cząstki powstają tylko wtedy, gdy do pola zostanie przekazana wystarczająca ilość energii z innych pól, aby spowodować wzbudzenie. Elektron może wystąpić tylko w jednostkach energii 0,511 MeV, co stanowi jego masę.
#higgs
Ale ma on masę tylko dzięki interakcji z polem Higgsa. Bez tego oddziaływania elektron byłby bezmasowy. Bezmasowy elektron byłby jak naładowany foton i poruszałby się z prędkością światła. Bez pola Higgsa wszystkie inne fundamentalne cząstki modelu standardowego również byłyby bezmasowe, z możliwym wyjątkiem neutrin.
Powstaje więc pytanie, jak powstaje ta masa? Aby to zrozumieć, musimy pojąć pojęcie próżniowej wartości oczekiwanej różnych pól.
Wyobraźmy sobie, że nie ma pola Higgsa. Gdybyśmy wzięli dowolne pole i umieścili je w pustym pudełku, jak na przykład pole elektronowe, masa tego pudełka wynosiłaby zero. Innymi słowy pole nie miałoby masy, mimo że wirtualne elektrony byłyby w nim obecne. Podobnie wszystkie inne pola Modelu Standardowego również nie miałyby masy w pustym pudełku, a jedynie fluktuacje kwantowe.
Istnieje jednak wyjątek od tej reguły - Pole Higgsa. Jest ono wyjątkowe, ponieważ pole Higgsa w pustej przestrzeni, w przeciwieństwie do każdego innego pola, ma masę. Gdyby więc zważyć pudełko z polem Higgsa w środku, miałoby ono swoją masę. Nazywa się to energią próżni lub wartością oczekiwaną próżni. Jest ona równa 246 GeV. Jest to wartość, której "oczekujemy" od pola Higgsa, gdy znajduje się ono w swoim najniższym stanie energetycznym.
Wszystko, co oddziałuje z polem Higgsa efektywnie oddziałuje z tą nową wartością oczekiwaną próżni. I to oddziaływanie daje energię. A ponieważ energia i masa są równoważne, forma, jaką przybiera ta energia oddziaływania jest nieodróżnialna od energii związanej z masą spoczynkową. Kiedy więc cząstka fundamentalna oddziałuje z polem Higgsa, zyskuje energię lub masę wewnętrzną.
Poszczególne elektrony nieustannie oddziałują z polem Higgsa, które efektywnie spowalnia elektron. Jeśli więc przyłożysz siłę do elektronu, otrzyma on coś w rodzaju odepchnięcia od pola Higgsa, które spowoduje, że elektron będzie opierał się przyspieszeniu. Tę właściwość nazywamy masą inercyjną.
To, ile masy ma wzbudzenie lub cząstka w danym polu, zależy od jego stałej sprzężenia. Pola wszystkich masywnych cząstek są sprzężone z polem Higgsa. Im większa stała sprzężenia, tym więcej masy będą miały cząstki. Bez pola Higgsa żadna z fundamentalnych cząstek nie miałaby masy własnej. Zatem elektrony, kwarki, bozony W i Z są sprzężone z polem Higgsa, podczas gdy pola cząstek bezmasowych, takich jak fotony i gluony, nie są. Dlaczego niektóre cząstki są sprzężone, czyli dlaczego niektóre cząstki oddziałują z polem Higgsa, a inne nie? Nie jesteśmy pewni.
Mechanizm, w którym pole Higgsa nadaje masę innym cząstkom, nazywany jest łamaniem symetrii.
Jeśli chodzi o neutrina, Model Standardowy przewiduje, że powinny być one bezmasowe, ale pomiary wskazują, że mają one bardzo małą masę. Nie znamy pochodzenia tej masy. Być może oddziałują one również z cząstką Higgsa, ale nikt nie wie tego na pewno.
#nauka #fizyka #bozonhiggsa #masa
