поле Хиггса
Поле Хиггса - это поле энергии, которое, как считается, существует в каждом регионе Вселенной. Поле сопровождается фундаментальной частицей, известной как бозон Хиггса, которая используется полем для постоянного взаимодействия с другими частицами, такими как электрон. Частицам, которые взаимодействуют с полем, "придается" масса, и, подобно объекту, проходящему через патоку (или мелассу), они будут медленнее проходить через нее. Результатом "получения" массы частицы из поля является предотвращение ее способности перемещаться со скоростью света.
Сама по себе масса не генерируется полем Хиггса; акт создания материи или энергии из ничего не нарушает законы сохранения. Масса, однако, получается частицами в результате их взаимодействия с бозоном Хиггса с помощью поля Хиггса. Бозоны Хиггса содержат относительную массу в виде энергии, и после того, как поле наделит некогда бесмассовую частицу, эта частица замедлится, так как теперь она стала "тяжелой".
Если бы поля Хиггса не существовало, частицы не имели бы массы, необходимой для притяжения друг друга, и свободно плавали бы вокруг со скоростью света. Кроме того, гравитация не существовала бы, потому что не было бы массы, необходимой для притяжения другой массы.
Придание массы объекту называется эффектом Хиггса. Этот эффект передает массу или энергию любой частице, которая проходит через него. Свет, который проходит через него, получает энергию, а не массу, потому что форма его волны не имеет массы, в то время как форма его частицы постоянно движется со скоростью света.
Компьютер сгенерировал изображение взаимодействия Хиггса
Эффект Хиггса
Эффект Хиггса был впервые теоретизирован в 1968 году авторами ломающей симметрию бумаги PRL. В 1964 году три команды написали научные работы, в которых предлагались смежные, но разные подходы к объяснению того, как масса может возникать в локальных теориях калибровочных датчиков.
В 2013 году бозон Хиггса, и косвенно эффект Хиггса, были предварительно доказаны на Большом адронном коллайдере (а бозон Хиггса был открыт 4 июля 2012 года). Эффект рассматривался как нахождение недостающей части Стандартной модели.
Согласно теории измерений (теория, лежащая в основе Стандартной модели), все частицы, несущие силы, должны быть безмасляными. Однако силовые частицы, опосредующие слабую силу, имеют массу. Это связано с эффектом Хиггса, который нарушает симметрию SU(2); (SU обозначает специальный унитарный, тип матрицы, а 2 - размер задействованных матриц).
Симметрия системы - это операция, выполняемая с системой, например, вращение или смещение, в результате которой система остается принципиально неизменной. Симметрия также обеспечивает правило того, как что-то всегда должно действовать, если только на это не воздействует внешняя сила. Примером может служить Кубик Рубика. Если мы возьмём куб Рубика и скремблируем его, делая любые движения, мы всё равно сможем его решить. Так как каждое движение, которое мы делаем, все еще оставляет кубик Рубика разрешимым, мы можем сказать, что эти движения являются "симметрией" куба Рубика. Вместе они образуют то, что мы называем группой симметрии куба Рубика. Делая любой из этих ходов, мы не меняем головоломку, всегда оставляя ее разрешимой. Но мы можем нарушить эту симметрию, сделав что-то вроде разделения куба на части, и сложив его обратно совершенно неправильным образом. Независимо от того, какие ходы мы сейчас пытаемся сделать, невозможно решить куб. Разорвать куб на части и собрать его обратно неправильным образом - это "внешняя сила": Без этой внешней силы ничто из того, что мы делаем с кубом, не делает его неразрешимым. Симметрия куба Рубика заключается в том, что он остается разрешимым любым нашим ходом, пока мы не разобьем куб.
Создание бозона Хиггса
Способ нарушения SU(2) симметрии называется "самопроизвольным нарушением симметрии". Спонтанный означает случайный или неожиданный, симметрии - это правила, которые меняются, а Брейкинг ссылается на то, что симметрии уже не те, что раньше. Результатом спонтанного нарушения SU(2) симметрии может быть бозон Хиггса.
Причина эффекта Хиггса
Эффект Хиггса возникает потому, что природа "стремится" к самому низкому энергетическому состоянию. Эффект Хиггса произойдёт потому, что бозоны датчиков вблизи поля Хиггса захотят находиться в своих состояниях с наименьшей энергией, и это нарушит, по крайней мере, одну симметрию.
Для того, чтобы обосновать необходимость дать массу безмасляной частице, ученые были вынуждены сделать что-то необычное. Они предполагали, что пылесосы (пустое пространство) на самом деле обладают энергией, и таким образом, если частица, которую мы считаем бесмассовой, войдет в нее, то энергия из вакуума будет передана в эту частицу, придавая ей массу. Математик Джеффри Голдстоун доказал, что если вы нарушите симметрию (например, симметрия с кубом Рубика будет, если вы скажете, что углы всегда должны поворачиваться в 0 или 3 раза, чтобы быть разрешимыми (это работает)), то произойдет реакция. В случае кубика Рубика, куб станет неразрешимым, если он будет нарушен. В случае поля Хиггса производится нечто, названное в честь Джеффри Голдстоуна (и другого ученого, работавшего с ним, по имени Йоичиро Намбу) - бозон Намбу-Голдстоуна. Это возбужденная или энергетическая форма вакуума, которую можно уловить, раскрывая то, что показано выше. Впервые это было объяснено Питером Хиггсом.
Так называемый "мексиканский шляпной потенциал".
Вопросы и ответы
В: Что такое поле Хиггса?
О: Поле Хиггса - это поле энергии, которое, как считается, существует в каждой области Вселенной.
В: Что такое фундаментальная частица, связанная с полем Хиггса?
О: Фундаментальной частицей, связанной с полем Хиггса, является бозон Хиггса.
В: Что происходит, когда частицы взаимодействуют с полем Хиггса?
О: Частицы, которые взаимодействуют с полем Хиггса, "наделяются" массой и становятся медленнее, проходя через него.
В: Создает ли поле Хиггса массу?
О: Нет, поле Хиггса не генерирует массу. Частицы приобретают массу благодаря взаимодействию с бозоном Хиггса.
В: Каков результат того, что частица получает массу от поля Хиггса?
О: Результатом приобретения частицей массы за счет поля Хиггса является предотвращение ее способности двигаться со скоростью света.
В: Что бы произошло, если бы поле Хиггса не существовало?
О: Если бы поле Хиггса не существовало, частицы не имели бы массы, необходимой для притяжения друг друга, и свободно парили бы вокруг со скоростью света.
В: Что такое эффект Хиггса?
О: Эффект Хиггса относится к процессу придания массы объекту, который происходит, когда частицы проходят через поле Хиггса и взаимодействуют с бозоном Хиггса.
