Bosonul Higgs si conceptul de masa
Bosonul Higgs a fost numit dupa fizicianul scotian Peter Higgs. „Particula Dumnezeu”, asa cum este numita, este o particula elementara ipotetica din familia bosonilor, despre care se crede ca poate sa confere masa celorlalte particule elementare.
Oamenii de stiinta au fost preocupati de raspunsul la întrebarea „ce este bosonul Higgs” si de teoretizarea lui înca din anul 1960. Din anul 2011 au început controversele cu lumea religioasa deoarece pentru dovedirea existentei acestei particule s-a început folosirea acceleratoarelor de particule, în special LHC de lânga Geneva, Elvetia.
Bosonul Higgs rezulta la coliziunea a doi protoni de înalta energie si are o viata foarte scurta, dupa care se dezintegraza în particule mai mici, motiv pentru care a fost greu de dovedit existenta lui.
Ce da masa corpului omenesc?
Când se face dimineata, va urcati pe cântar si sperati ca acesta sa indice un numar mai mic decât în ziua precedenta. Sperati ca ati scazut în greutate. Greutatea este data împreuna de cantitatea de masa din dumneavoastra si de forta de atractie gravitationala a Pamântului. Dar oare ce da masa corpului dumneavoastra?
Multe experimente de la acceleratoare de particule cauta sa investigheze mecanismul care da masa materiei. Atât cercetatorii de la CERN (Geneva, Elvetia), cât si cei de la Fermilab (lânga Chicago, SUA), spera sa descopere ceea ce ei denumesc „bosonul Higgs”. Acestia denumesc „Higgs” particula sau particulele care ofera masa celorlalte particule.
Ideea aceasta – ca o particula da masa altor particule – este un pic contra-intuitiva … Nu este masa o caracteristica intrinseca materiei? Daca nu este, atunci cum poate o particula sa ofere masa altor particule doar plutind pe lânga ele si apoi ciocnindu-se cu ele?
O analogie foarte cunoscuta descrie foarte bine aceasta situatie. Imaginati-va ca sunteti la o petrecere de la Hollywood. Multimea este foarte numeroasa, raspândita uniform în camera, discutând. Însa atunci când la petrecere soseste o persoana foarte celebra, oamenii de lânga usa se aduna în jurul ei. Pe masura ce ea parcurge încaperea, atrage spre ea persoanele cele mai apropiate. În acelasi timp, cele lasate în urma se întorc la discutiile lor. Având mereu persoane în jurul ei, ea are un impuls, o indicatie a masei. Acum este mai greu ca persoana sa fie încetinita decât ar fi fost daca nu ar fi avut multimea în jurul ei. Pe de alta pate, odata ce se opreste, este mai greu sa fie pusa iarasi în miscare.
Mecanismul Higgs
Acest efect de aglomerare poarta numele în stiinta de „mecanismul Higgs” si a fost postulat în anii 1960 de catre fizicianul britanic Peter Higgs. Teoria lui emite ipoteza ca în întregul Univers se afla un fel de retea care poarta numele de „câmp Higgs”. Acest câmp prezinta o asemanare cu un alt câmp care ne este mai familiar, câmpul electromagnetic, caci si acesta influenteaza particulele care îl strabat; dar aspecte ale câmpului Higgs sunt asemanatoare si unor aspecte din fizica materialelor. Mai precis, oamenii de stiinta stiu ca atunci când un electron strabate o retea cristalina de atomi (un solid), atunci masa electronului poate sa creasca chiar si de 40 de ori. Un fenomen similar ar putea fi adevarat si pentru câmpul Higgs: o particula ce se misca prin el creeaza o mica distorsiune, asemenea unei multimii adunate în jurul unei persoane celebre la o petrecere, iar aceasta confera masa particulei.
Modelul Standard al particulelor fundamentale
S-a dovedit a fi foarte dificil a sti raspunsul la aceasta întrebare, iar bosonul Higgs este ultimul teritoriu înca neexplorat si înca neconfirmat din Modelul Standard. Acesta descrie trei din cele patru forte fundamentale prezente în natura: forta electromagnetica, forta nucleara tare si forta nucleara slaba. Sunt deja câteva decenii de când electromagnetismul a fost foarte bine înteles. Recent fizicienii au înteles foarte multe despre forta tare, care tine împreuna elementele care formeaza nucleele atomice, si despre forta slaba, cea care guverneaza radioactivitatea si fuziunea hidrogenului (fenomenul care genereaza energie solara).
Electromagnetismul descrie felul în care interactioneaza particulele cu fotonii, care sunt pachete mici de radiatii electromagnetice. Similar, forta slaba descrie cum alte doua entitati, bosonii W si bosonii Z, interactioneaza cu electronii, quarcurile, neutrinii si alte particule elementare. Exista însa o diferenta importanta între cele doua interactii. În timp ce fotonii nu au masa deloc, particulele W si Z au masa, ba înca una uriasa! De fapt, sunt unele din particulele cele mai masive care sunt cunoscute.
Am putea sa presupunem ca este natural ca bosonii W si Z sa existe si sa interactioneze cu alte particule. Însa din motive matematice, masele foarte mari ale particulelor W si Z creeaza inconsistente în Modelul Standard. Pentru a elimina aceste probleme, fizicienii postuleaza existenta a cel putin unei alte particule, si anume a bosonului Higgs.
Doar unul sau mai multe tipuri de boson Higgs?
Cea mai simpla teorie prezice existenta unui singur tip de boson Higgs, dar alte teorii prezic ca ar putea fi chiar mai multe tipuri. De fapt, cautarea particulei (sau particulelor Higgs) reprezinta unul dintre cele mai fascinante întreprinderi stiintifice care au loc în prezent, deoarece aceasta ar putea duce la descoperiri cu totul noi în fizica particulelor. Unele teorii prezic ca ar putea fi scoase la lumina tipuri noi de interactii tari, iar altele sustin ca va iesi la iveala o noua simetrie fizica fundamentala, asa-numita „supersimetrie”.
Întâi de toate însa, fizicienii doresc sa determine daca bosonul sau bosonii Higgs chiar exista. Cautarea s-a desfasurat chiar si în ultimii zece ani la acceleratorul Large Electron Positron Collider (LEP) de la CERN, Geneva, Elvetia si la acceleratorul Tevatron de la laboratorul Fermilab, de lânga Chicago, SUA. Pentru a cauta particula Higgs, cercetatorii trebuie sa ciocneasca particule cu viteze foarte mari. Daca energia coliziunii este suficient de mare, aceasta este convertita în bucatele de materie, adica particule, din care una ar putea fi chiar bosonul Higgs. Particula Higgs nu va supravietui decât o fractiune mica de secunda, dupa care se va descompune în alte particule. Asadar, pentru a putea spune daca a fost creat în coliziune un boson Higgs, cercetatorii trebuie sa caute urmele particulelor în care acesta s-a dezintegrat.
În data de 13 decembrie 2011, CERN a anuntat pentru prima oara ca au gasit noi dovezi despre ceea ce este bosonul Higgs si au confirmat dovedirea definitiva a existentei sale. La 4 iulie 2012, ei au confirmat observarea unei noi particule, cel mai masiv boson observat pâna acum.
