Šta je Higsov bozon? – Deo 4.
U nastavku serijala ”Higsov bozon za početnike”, Igor Jošić vas upoznaje sa dodatnim karakteristikama Higsovog polja, kao i potencijalnim praktičnim upotrebama dobijenih saznanja.
Ovo je četvrti nastavak serijala o Higsu, prva tri možete naći u linkovima ispod. U njemu će biti više reči o tome šta Higsov bozon i Higsovo polje zapravo rade.
Kada su polovinom prošlog veka fizičari sastavljali jednačine koje opisuju fiziku čestica (standardni model) naleteli su na jedan problem, nisu mogli da objasne masu elementarnih čestica. Naime, ustanovljeno je da prenosioci slabe sile, W i Z bozoni imaju masu (više o bozonima u trećem nastavku, vidi linkove ispod), međutim kada bi pokušali da tu masu unesu u jednačine dobijali bi besmislene rezultate (beskonačne verovatnoće događaja vezanih za njihovu interakciju i sl.). Rešenje ovog problema je predložio Piter Higs. On je predložio postojanje jednog novog polja (više o poljima možete naći u prva dva nastavka) koje ima uniformnu ne-nultu vrednost u celom univerzumu. Čestice kroz interakciju sa tim poljem dobijaju masu. One čestice koje u većoj meri interaguju sa Higsovim poljem dobijaju veću masu (npr. top kvark, koji je najmasivnija poznata čestica), one koje to čine u manjoj meri imaju manju masu (npr. elektron), one koje uopšte ne interaguju sa Higsovim poljem nemaju masu (npr. fotoni). Da bi ste u potpunosti razumeli ovaj proces morate da uronite u matematiku standardnog modela.
Međutim, to može da se približi analogijama. Od svih analogija na koje sam naišao prethodnih godina, meni najviše smisla ima analogija sa vodom. Prema toj analogiji voda predstavlja Higsovo polje, a ribe lake čestice, budući da zbog svog oblika u manjoj meri interaguju sa vodom i mogu brzo da se kreću kroz nju. Sa druge strane, ja bih predstavljao masivnu česticu, budući da zbog svog oblika u mnogo većoj meri interagujem sa vodom, pa ne mogu brzo da se krećem kroz nju. Tačka u kojoj se ova analogija slama jeste činjenica da je kretanje kroz vodu određeno oblikom i veličinom riba i mene. Sa druge strane interakcija čestica sa Higsovim poljem nije određena veličinom čestica. Od čega zavisi u kojoj će meri čestica da interaguje sa Higsovim poljem bi trebalo da se otkrije u budućim istraživanjima.
Ono što je bitno da se zapazi iz gornjeg teksta jeste to da masu česticama daje Higsovo polje, ne i Higsov bozon, on nema nikakve veze sa tim. Pa dobro, a u čemu je tolika frka onda sa Higsovim bozonom, pitaće neko od vas. Stvar je u tome da je pronalaženje Higsovog bozona najlakši, ako ne i jedini, način da se postojanje Higsovog polja potvrdi, i potom prouči. Kažem da se prouči zato što se ne zna mnogo o njemu. Ne zna se, na primer, da li je ono elementarno ili je možda kompozitno (sastoji se od više drugih polja), zašto različito interaguje sa različitim česticama i td.
Standardni model predviđa postojanje najjednostavnijeg mogućeg Higsovog polja i Higsovog bozona, to između
ostalog znači – jedno elementarno polje koje ima jedan elementarni bozon. Međutim, kao što sam napisao iznad, postoji mogućnost da je Higsovo polje kompozitno, ili da ima više različitih Higsovih bozona (kao što polje slabe sile ima dva različita bozona, W i Z), ili postoji čak mogućnost da postoje više različitih vrsta Higsovog polja.
Sećate se iz prošlog članka da standardni model nije teorija koja u potpunosti opisuje naš univerzum (u njemu nema ničeg o gravitaciji), zbog toga se fizičari širom sveta zapravo nadaju da će Higsov bozon i Higsovo polje biti različiti od onog što predviđa standardni model, zato što bi to moglo da ih navede kuda dalje da idu u potrazi za teorijom kvantne gravitacije, koja je sveti gral moderne fizike.
Ono što teorija takođe nije predvidela, u vezi Higsovog bozona, jeste njegova masa. Znalo se da je masivan, ali ne i koliko, između ostalog zbog toga ova potraga toliko dugo traje. A šta zapravo znači to što je Higsov bozon masivan? Setite se (iz prva dva teksta) da je Higsov bozon najmanji mogući talas u Higsovom polju, to dalje znači da je, budući da je Higsov bozon masivan, potrebno dosta energije uneti u Higsovo polje ne bi li se u njemu stvorili talasi. Slično kao što je potrebna izvesna količina energije da bi se proizveli talasi u vodi. Tako ga fizičari zapravo i traže, sudaraju masivne čestice pri visokim brzinama u nadi da će na taj način proizvesti talase u Higsovom polju (slično kao što ću ja sudaranjem svojih šaka da proizvedem talase u polju pritiska, tj. zvuk). Ali o tome više u narednom nastavku.
Nekog će možda zanimati da li bi mogli neku praktičnu upotrebu da očekujemo od ovoga. Tačan odgovor na to je nemoguće dati.
Međutim, pošto je ovo Photon Tide, možemo da pustimo mašti na volju, čisto zabave radi. Krajnje hipotetička upotreba koja meni pada na pamet bi bili leteći automobili, ukoliko se pronađe način da se lokalno manipuliše Higsovim poljem, bez da se naruši stabilnost atoma automobila (a i čoveka koji bi sedeo u njemu). Ako vama padne na pamet neka praktična upotreba koja bi se mogla dobiti manipulacijom ovog polja stavljajte je u komentare.
Komentari: