Шта је Хигсов бозон и зашто је тражен?

15. 3. 2020.

Хигсов бозон у физици је елементарна честица, која, према научницима, игра фундаменталну улогу у формирању масе у Универзуму. Потврђивање или оповргавање постојања ове честице био је један од главних циљева коришћења Великог хадронског сударача (ЛХЦ) - најмоћнијег акцелератора честица на свету, који се налази у Европском лабораторију за физику основних честица (ЦЕРН) у близини Женеве.

Потрага за Хиггсовим бозоном

Зашто је било тако важно пронаћи Хиггсов бозон

У модерној физици елементарних честица постоји неки стандардни модел. Једина честица коју овај модел предвиђа, а коју научници покушавају пронаћи дуго времена, је именовани бозон. Модел стандардних честица (према експерименталним подацима) описује све интеракције и трансформације између елементарних честица. Међутим, остала је једина "бијела мрља" у овом моделу - недостатак одговора на питање о поријеклу масе. Важност масе је без сумње, јер би без ње Универзум био потпуно другачији. Ако електрон није имао масу, онда атоми и материја не би постојали, не би било биологије и хемије, ипак не би било човека.

Да би објаснили концепт постојања масе, неколико физичара, међу којима је био и Британац Питер Хигс, шездесетих година прошлог века изнели су хипотезу о постојању такозване Хигсове области. По аналогији са фотоном, који је честица електромагнетног поља, Хигсово поље такође захтева постојање његове честице носиоца. Дакле, једноставним речима, Хигсови бозони су честице од којих се формира Хигсово поље.

Хигсова честица и поље које он ствара

Божије пропадање

Све елементарне честице могу се поделити у два типа:

  • Фермионс.
  • Босонс

Фермиони су оне честице које формирају материју која нам је позната, на пример, протони, електрони и неутрони. Бозони су елементарне честице које узрокују постојање различитих типова интеракција између фермиона. На пример, бозони су фотон - носилац електромагнетне интеракције, глуон је носилац јаке или нуклеарне интеракције, бозони З и В, који су одговорни за слабу интеракцију, тј. За трансформације између елементарних честица.

Говорећи на једноставан начин о Хигсовом бозону и значењу хипотезе, која објашњава настанак масе, треба претпоставити да су ови бозони распоређени у простору Универзума и да чине континуирано Хигсово поље. Када тело, атом или елементарна честица доживе "трење" око овог поља, то јест, интерагују са њим, та интеракција се манифестује као постојање масе у датом телу или честици. Што је тело јаче "трља" честицу на Хигсовом пољу, већа је његова маса.

Како можете пронаћи и гдје копати Хиггсов бозон

Овај бозон се не може детектовати на директан начин, јер (према теоријским подацима) након његовог појављивања, он се тренутно распада у друге стабилније елементарне честице. Али честице које су се појавиле након распада Хиггсовог бозона већ се могу открити. То су "трагови" који указују на постојање ове важне честице.

Научници су, у циљу откривања Хигсове честице бозона, сударили високоенергетске протонске зраке. Огромна енергија протона у судару може прећи у масу, према добро познатој Алберт Еинстеиновој једначини Е = мц2. У зони судара протона у судару има много детектора који вам омогућују да забележите појаву и распад било које честице.

Теоретски, маса Хигсовог бозона није установљена, и утврђен је само могући скуп његових вредности. За детекцију честица, потребни су снажни акцелератори. Велики Хадронски Колајдер (БАЦ) је тренутно најјачи акцелератор на Земљи. Уз његову помоћ, било је могуће гурнути протоне са енергијом близу 14 тетраелектронволтова (ТеВ). Тренутно ради са енергијама око 8 ТеВ. Али чак су се и те енергије показале довољним за откривање Хигсовог бозона или Божје честице, како га многи називају.

Случајни и стварни догађаји

Степхен Хавкинг и Хадрон Цоллидер

У физици елементарних честица, постојање догађаја се процењује одређеном вероватноћом "сигма", која одређује случајност или реалност овог догађаја добијеног у експерименту. Да бисте повећали вероватноћу неког догађаја, морате анализирати велику количину података. Потрага и откриће Хигсовог бозона се односе на такве могуће догађаје. Да би се детектовала ова честица у ЛХЦ-у, генерисано је око 300 милиона судара у једној секунди, тако да је количина података које је требало анализирати била огромна.

О самом посматрању одређеног догађаја можете говорити са самопоуздањем, ако ће његова "сигма" бити 5 или више. Ово је еквивалентно догађају са новчићем (ако га баците, а оно ће пасти реп 20 пута за редом). Овај резултат одговара вероватноћи мањој од 0.00006%.

Чим се открије овај „нови“ стварни догађај, потребно га је детаљно проучити тако што ћемо одговорити на питање да ли тај догађај тачно одговара Хигсовој честици или је то нека друга честица. За то је потребно пажљиво проучити својства продуката распадања ове нове честице и упоредити их са резултатима теоријских предвиђања.

БАЦ експерименти и откривање масе честица

Претраживање масовних честица које су изведене на колатерима ЛХЦ-а у Женеви и Теватрону у Фермијевој лабораторији у Сједињеним Државама открило је да честица Бога мора имати масу већу од 114 Гв (ГеВ), ако је изражена у еквиваленту енергије. На пример, рецимо да маса једног протона одговара приближно 1 ГеВ. Други експерименти који су имали за циљ проналажење ове честице су открили да његова маса не може прећи 158 ГеВ.

Теорија Хигсовог бозона

Први резултати потраге за Хиггсовим бозоном у ЛХЦ-у представљени су 2011. године, захваљујући анализи података прикупљених у Цоллидеру за годину дана. Током овог периода, спроведена су два главна експеримента на овом проблему - АТЛАС и ЦМС. Према овим експериментима, бозон има масу између 116 и 130 ГеВ, или између 115 и 127 ГеВ. Интересантно је приметити да је у оба ова експеримента у ЛХЦ, по многим индикацијама, маса бозона у уском региону између 124 и 126 ГеВ.

Петер Хиггс је, заједно са својим колегом Френком Енглертом, 8. октобра 2013. добио Нобелову награду за откривање теоријског механизма за разумевање постојања масе у елементарним честицама, што је потврђено у експериментима АТЛАС и ЦМС на ЛХЦ-у у ЦЕРН-у (Женева) када је експериментално предвиђени бозон откривен.

Важност откривања Хигсове честице за физику

Објашњавајући једноставно откриће Хигсовог бозона, можемо рећи да је то означило почетак нове фазе у физици елементарних честица, јер је овај догађај омогућио нове начине за даљње проучавање феномена Универзума. На пример, проучавање природе и карактеристика црне материје, која према општим проценама износи око 23% целокупног познатог Универзума, али чија својства остају тајна у садашњости. Откриће Божје честице омогућило је да се у ЛХЦ-у измисле и испробају нови експерименти који ће помоћи да се ово питање разјасни.

Босон пропертиес

Многа својства честице Бога, која су описана у стандардном моделу елементарних честица, сада су у потпуности успостављена. Овај бозон има нулти спин, нема електрични набој и боју, те стога не ступа у интеракцију с другим бозонима, као што су фотон и глуон. Међутим, она је у интеракцији са свим честицама које имају масу: кварковима, лептонима и бозонима слабих интеракција З и В. Што је већа маса честица, то је она јаче у интеракцији са Хиггсовим бозоном. Поред тога, овај бозон је и сам античестица.

Апокалипса због Хиггсовог бозона

Теорија не предвиђа масу честице, њен просечан животни век и интеракцију између бозона. Ове вредности се могу мерити само експериментално. Резултати експеримената на ЛХЦ-у у ЦЕРН-у (Женева) су установили да маса ове честице лежи у границама од 125-126 ГеВ, а њен животни век је око 10-22 секунде.

Отворени бозон и просторна апокалипса

Откриће ове честице сматра се једним од најважнијих у целој историји човечанства. Експерименти са овим бозоном се настављају, а научници добијају нове резултате. Једна од њих је била чињеница да бозон може водити свемир до смрти. Штавише, овај процес је већ почео (према научницима). Суштина проблема је следећа: Хигсов бозон се може сам срушити у било ком делу Универзума. Ово ће створити енергетски балон који се постепено шири, апсорбујући све на свом путу.

На питање да ли је крај света, сваки научник позитивно реагује. Чињеница је да постоји теорија названа "модел звијезде". Постулира очигледну изјаву: све има свој почетак и крај. Према савременим концептима, крај Универзума ће изгледати као што следи: убрзано ширење Универзума доводи до дисперзије материје у простору. Овај процес ће се наставити све док не изађе последња звезда, након чега ће се Универзум уронити у вечну таму. После колико се то догоди, нико не зна.

Откривањем Хигсовог бозона појавила се још једна теорија судњег дана. Чињеница је да неки физичари сматрају да је добијена маса бозона једна од могућих временских маса, а постоје и друге њене вредности. Ове вредности маса се такође могу реализовати, јер (једноставним речима) Хигсов бозон је елементарна честица која може показати својства таласа. То јест, постоји вероватноћа њеног преласка у стабилније стање које одговара већој маси. Ако дође до такве транзиције, онда ће сви природни закони познати човеку попримити другачији поглед, тако да ће доћи крај познатог универзума. Осим тога, овај процес се већ могао догодити у било којем дијелу универзума. Човечанство нема много времена за своје постојање.

Лабораторија ЦЕРН, Женева

Предности ЛХЦ и других акцелератора честица за друштво

Технологије које се развијају за акцелераторе честица су такође корисне за медицину, информатику, индустрију и животну средину. На пример, за медицинске дијагностичке технологије могу се користити колидери направљени од суперпроводних материјала са којима се могу убрзати елементарне честице. Модерни детектори разних честица насталих у судару могу се користити у позитронској томографији (позитрон је античестица електрона). Поред тога, технологија формирања греда од елементарних честица у ЛХЦ-у може се користити за лијечење различитих болести, на примјер, тумора рака.

Што се тиче предности истраживања кориштењем ЛАБ-а у ЦЕРН-у (Женева) за информатичку технологију, треба рећи да глобална рачунарска мрежа ГРИД, као и сам Интернет, свој развој дугује експериментима са акцелераторима честица, који су произвели огромну количину података. Потреба за размјеном тих података међу научницима широм свијета довела је до стварања на ЦЕРН-у Тим Бурнелс-Лее-а на Ворлд Виде Веб (ВВВ) језику, на којем се темељи интернет.

Греде честица, које су се формирале и формирале у различитим врстама акцелератора, сада се широко користе у индустрији за проучавање својстава нових материјала, структуре биолошких објеката и производа хемијске индустрије. Постигнућа физике елементарних честица користе се за изградњу панела соларне енергије, за обраду радиоактивног отпада и тако даље.

Утицај открића Хигсове честице на књижевност, филм и музику

Петер Хиггс

Следеће чињенице сведоче о сензационалној вести о открићу честице масе у физици:

  • Након открића ове честице, популарна научна књига "Божја честица: ако је Универзум одговор, шта је онда питање?" Лео Лидерман. Физичари верују да је називање Хигсовог бозона честицом Бога претеривање.
  • У филму "Анђели и демони", који се заснива на истоименој књизи, користи се и назив бозона "Божја честица".
  • У научнофантастичном филму "Соларис", у којем су главни ликови Џорџ Клуни и Наташа Шонехон, теорија је напредна, у којој се спомиње Хигсово поље и његова важна улога у стабилизацији субатомских честица.
  • У научнофантастичној књизи "Фласхфорвард", коју је написао Роберт Савиер 1999. године, два научника су постали узрок глобалне катастрофе када су поставили експерименте на Хиггсовом бозону.
  • Шпанска серија "Ковчег" говори о глобалној катастрофи, у којој су сви континенти поплављени као резултат експеримената на Великом хадронском сударачу, а преживјели су само људи на броду "Полар Стар".
  • Музички бенд из Мадрида "Авиадор Дро" у свом албуму "Глас науке" посветио је пјесму пронађеном масовном бозону.
  • Аустралијски певач Ницк Цаве у свом албуму "Пусх тхе Ски Аваи" једна је од песама под називом "Тхе Блуе Хиггс Босон".