Broutov-Englertov-Higgsov mechanizmus
Higgsovo pole je energetické pole, o ktorom sa predpokladá, že existuje v každej oblasti vesmíru. Toto pole sprevádza fundamentálna častica známa ako Higgsov bozón, ktorú pole využíva na nepretržitú interakciu s inými časticami, napríklad s elektrónom. Častice, ktoré interagujú s poľom, "dostávajú" hmotnosť a podobne ako predmet prechádzajúci cez lekvár (alebo melasu), sa pri prechode ním stávajú pomalšími. Výsledkom toho, že častica "získa" hmotnosť z poľa, je zabránenie jej schopnosti pohybovať sa rýchlosťou svetla.
Samotná hmota nie je generovaná Higgsovým poľom; vytvorenie hmoty alebo energie z ničoho by porušilo zákony zachovania. Hmotnosť však získavajú častice prostredníctvom interakcií Higgsovho poľa s Higgsovým bozónom. Higgsove bozóny obsahujú relatívnu hmotnosť vo forme energie a keď pole obdarí predtým bezhmotnú časticu, daná častica sa spomalí, pretože sa teraz stala "ťažkou".
Ak by Higgsovo pole neexistovalo, častice by nemali hmotnosť potrebnú na vzájomné priťahovanie a voľne by sa vznášali rýchlosťou svetla. Takisto by neexistovala gravitácia, pretože by neexistovala hmota, ktorá by priťahovala inú hmotu.
Dodanie hmotnosti objektu sa označuje ako Higgsov efekt. Tento efekt prenesie hmotnosť alebo energiu na akúkoľvek časticu, ktorá ním prejde. Svetlo, ktoré ním prechádza, získava energiu, nie hmotnosť, pretože jeho vlnová forma nemá hmotnosť, zatiaľ čo jeho časticová forma sa neustále pohybuje rýchlosťou svetla.
Počítačom vytvorený obrázok Higgsovej interakcie
Higgsov efekt
Higgsov efekt bol prvýkrát teoretizovaný v roku 1968 autormi prác o narušení symetrie PRL. V roku 1964 tri tímy napísali vedecké práce, ktoré navrhli súvisiace, ale odlišné prístupy na vysvetlenie toho, ako by mohla vzniknúť hmotnosť v lokálnych teóriách merania.
V roku 2013 bol Higgsov bozón a implicitne aj Higgsov efekt predbežne dokázaný na Veľkom hadrónovom urýchľovači (a Higgsov bozón bol objavený 4. júla 2012). Tento efekt sa považoval za nájdenie chýbajúceho kúska štandardného modelu.
Podľa teórie merania (teória, ktorá je základom štandardného modelu) by všetky častice prenášajúce silu mali byť bez hmotnosti. Avšak častice sily, ktoré sprostredkúvajú slabú silu, majú hmotnosť. Je to spôsobené Higgsovým efektom, ktorý narúša symetriu SU(2) (SU znamená špeciálnu unitárnu maticu a 2 znamená veľkosť príslušných matíc).
Symetria systému je operácia vykonaná so systémom, ako napríklad rotácia alebo posunutie, pri ktorej sa systém v zásade nezmení. Symetria tiež poskytuje pravidlo, ako by sa malo niečo vždy správať, ak naň nepôsobí vonkajšia sila. Príkladom je Rubikova kocka. Ak vezmeme Rubikovu kocku a zamiešame ju tak, že urobíme ľubovoľné pohyby, stále je možné ju vyriešiť. Keďže každý ťah, ktorý urobíme, stále ponecháva Rubikovu kocku riešiteľnú, môžeme povedať, že tieto ťahy sú "symetriami" Rubikovej kocky. Spolu tvoria to, čo nazývame skupinou symetrií Rubikovej kocky. Vykonaním ktoréhokoľvek z týchto ťahov sa hlavolam nezmení a vždy zostane riešiteľný. Túto symetriu však môžeme narušiť tak, že kocku rozoberieme a zložíme ju úplne nesprávnym spôsobom. Bez ohľadu na to, aké ťahy teraz vyskúšame, kocku nie je možné vyriešiť. Rozloženie kocky a jej opätovné zloženie nesprávnym spôsobom je "vonkajšia sila": Bez tejto vonkajšej sily nič z toho, čo s kockou urobíme, ju neurobí neriešiteľnou. Symetria Rubikovej kocky spočíva v tom, že zostáva riešiteľná bez ohľadu na to, aké pohyby urobíme, pokiaľ kocku nerozoberieme.
Vznik Higgsovho bozónu
Spôsob porušenia symetrie SU(2) je známy ako "spontánne porušenie symetrie". Spontánne znamená náhodné alebo neočakávané, symetrie sú pravidlá, ktoré sa menia, a porušenie sa vzťahuje na skutočnosť, že symetrie už nie sú rovnaké. Výsledkom spontánneho porušenia symetrie SU(2) môže byť Higgsov bozón.
Dôvod Higgsovho efektu
K Higgsovmu efektu dochádza, pretože príroda "inklinuje" k najnižšiemu energetickému stavu. K Higgsovmu efektu dôjde, pretože meracie bozóny v blízkosti Higgsovho poľa budú chcieť byť vo svojich najnižších energetických stavoch, a to by porušilo aspoň jednu symetriu.
Aby vedci ospravedlnili pridelenie hmotnosti zdanlivo bezhmotnej častici, boli nútení urobiť niečo neobvyklé. Predpokladali, že vákuum (prázdny priestor) má v skutočnosti energiu, a tak, ak by doň vstúpila častica, ktorú považujeme za bezhmotnú, energia z vákua by sa preniesla do tejto častice a dodala jej hmotnosť. Matematik Jeffrey Goldstone dokázal, že ak porušíte symetriu (napríklad symetriu s Rubikovou kockou, ak stanovíte, že rohy musia byť vždy otočené 0 alebo 3-krát, aby boli riešiteľné (funguje to)), nastane reakcia. V prípade Rubikovej kocky sa kocka stane neriešiteľnou, ak sa poruší. V prípade Higgsovho poľa vznikne niečo, čo je pomenované po Jeffrey Goldstoneovi (a ďalšom vedcovi, ktorý s ním spolupracoval, menom Yoichiro Nambu), Nambu-Goldstoneov bozón. Ide o excitovanú alebo energetickú formu vákua, ktorú možno znázorniť grafom, ktorý odhaľuje vyššie uvedený graf. Ako prvý to vysvetlil Peter Higgs.
Takzvaný "potenciál mexického klobúka"
