Câmpul Higgs

Efectul Higgs

Efectul Higgs a fost teoretizat pentru prima dată în 1968 de către autorii lucrărilor PRL privind ruperea simetriei. În 1964, trei echipe au redactat lucrări științifice care propuneau abordări conexe, dar diferite, pentru a explica cum ar putea apărea masa în teoriile locale de calibru.

În 2013, bosonul Higgs și, implicit, efectul Higgs, au fost dovedite provizoriu la Large Hadron Collider (iar bosonul Higgs a fost descoperit la 4 iulie 2012). Efectul a fost considerat ca fiind găsirea unei piese lipsă din Modelul Standard.

Conform teoriei gauge (teoria care stă la baza modelului standard), toate particulele purtătoare de forță ar trebui să fie lipsite de masă. Cu toate acestea, particulele de forță care mediază forța slabă au masă. Acest lucru se datorează efectului Higgs, care rupe simetria SU(2); (SU înseamnă unitar special, un tip de matrice, iar 2 se referă la dimensiunea matricelor implicate).

O simetrie a unui sistem este o operație efectuată asupra unui sistem, cum ar fi o rotație sau o deplasare, care lasă sistemul fundamental neschimbat. O simetrie oferă, de asemenea, o regulă pentru modul în care ceva ar trebui să acționeze întotdeauna dacă nu este supus acțiunii unei forțe exterioare. Un exemplu este cubul Rubik. Dacă luăm un cub Rubik și îl încurcăm făcând orice mișcare dorim, tot este posibil să îl rezolvăm. Deoarece fiecare mișcare pe care o facem lasă în continuare cubul Rubik rezolvabil, putem spune că aceste mișcări sunt "simetrii" ale cubului Rubik. Împreună, ele formează ceea ce numim grupul de simetrii al cubului Rubik. Efectuarea oricăreia dintre aceste mutări nu schimbă puzzle-ul, lăsându-l întotdeauna rezolvabil. Dar putem rupe această simetrie făcând ceva de genul dezmembrării cubului și asamblându-l la loc într-un mod complet greșit. Indiferent de mișcările pe care le încercăm acum, nu este posibilă rezolvarea cubului. Desfacerea cubului și asamblarea lui la loc într-un mod greșit reprezintă "forța exterioară": Fără această forță exterioară, nimic din ceea ce facem asupra cubului nu îl face să nu poată fi rezolvat. Simetria cubului Rubik constă în faptul că acesta rămâne rezolvabil indiferent de mișcările pe care le facem, atâta timp cât nu desfacem cubul.

Crearea bosonului Higgs

Modul în care este ruptă simetria SU(2) este cunoscut sub numele de "rupere spontană a simetriei". Spontan înseamnă aleatoriu sau neașteptat, simetriile sunt regulile care sunt schimbate, iar ruperea se referă la faptul că simetriile nu mai sunt aceleași. Rezultatul ruperii spontane a simetriei SU(2) poate fi un boson Higgs.

Motivul pentru efectul Higgs

Efectul Higgs apare deoarece natura "tinde" spre cea mai joasă stare energetică. Efectul Higgs se va produce deoarece bosonii gauge din apropierea unui câmp Higgs vor dori să se afle în cele mai joase stări de energie, iar acest lucru ar încălca cel puțin o simetrie.

Pentru a justifica acordarea de masă unei particule care ar fi trebuit să fie lipsită de masă, oamenii de știință au fost nevoiți să facă ceva ieșit din comun. Aceștia au presupus că vidul (spațiul gol) are de fapt energie și că, astfel, dacă o particulă pe care noi o considerăm fără masă ar intra în el, energia din vid ar fi transferată în acea particulă, conferindu-i masă. Un matematician pe nume Jeffrey Goldstone a demonstrat că, dacă se încalcă o simetrie (de exemplu, o simetrie cu un cub Rubik ar fi dacă se afirmă că colțurile trebuie să fie întotdeauna rotite de 0 sau 3 ori pentru a putea fi rezolvate (funcționează)), se va produce o reacție. În cazul cubului Rubik, cubul va deveni nesoluționabil dacă este încălcat. În cazul câmpului Higgs, se produce ceva ce poartă numele lui Jeffrey Goldstone (și al unui alt om de știință care a lucrat cu el, Yoichiro Nambu), un boson Nambu-Goldstone. Aceasta este o formă excitată sau energetică a vidului, care poate fi reprezentată grafic, dezvăluind cea prezentată mai sus. Acest lucru a fost explicat pentru prima dată de Peter Higgs.

Așa-numita "pălărie mexicană potențială"