Tipărire
Categorie: Fizica nucleară şi fizica particulelor
Accesări: 7868

Când se face dimineaţa, vă urcaţi pe cântar şi speraţi ca acesta să indice un număr mai mic decât în ziua precedentă. Speraţi că aţi scăzut în greutate. Greutatea este dată împreună de cantitatea de masă din dumneavoastră şi de forţa de atracţie gravitaţională a Pământului. Dar oare ce dă masă corpului dumneavoastră?



Peter Higgs

 

Aceasta este una din întrebările cele mai importante din fizica modernă şi contemporană, pentru care se caută răspunsuri cu cea mai mare ardoare. Multe experimente de la acceleratoare de particule caută să investigheze mecanismul care dă masă materiei. Atât cercetătorii de la CERN (Geneva, Elveţia), cât şi cei de la Fermilab (lângă Chicago, SUA), speră să descopere ceea ce ei denumesc "bosonul Higgs". Aceştia denumesc "Higgs" particula sau particulele care oferă masă celorlalte particule.

Ideea aceasta - că o particulă dă masă altor particule - este un pic contra-intuitivă ... Nu este masa o caracteristică intrinsecă materiei? Dacă nu este, atunci cum poate o particulă să ofere masă altor particule doar plutind pe lângă ele şi apoi ciocnindu-se cu ele?

O analogie foarte cunoscută descrie foarte bine această situaţie. Imaginaţi-vă că sunteţi la o petrecere de la Hollywood. Mulţimea este foarte numeroasă, răspândită uniform în cameră, discutând. Însă atunci când la petrecere soseşte o persoană foarte celebră, oamenii de lângă uşă se adună în jurul ei. Pe măsură ce ea parcurge încăperea, atrage spre ea persoanele cele mai apropiate. În acelaşi timp, cele lăsate în urmă se întorc la discuţiile lor. Având mereu persoane în jurul ei, ea are un impuls, o indicaţie a masei. Acum este mai greu ca persoana să fie încetinită decât ar fi fost dacă nu ar fi avut mulţimea în jurul ei. Pe de altă pate, odată ce se opreşte, este mai greu să fie pusă iarăşi în mişcare.

 

 

Analogia este explicată în textul şi în pozele de mai jos, oferite de CERN:

Bozonul Higgs: Pentru a înţelege mecanismul Higgs, imaginaţi-vă că o cameră plină de fizicienii care discută liniştiţi este precum spaţiul care este umplut de câmpul Higgs ... Credit: CERN.

Pentru a înţelege mecanismul Higgs, imaginaţi-vă că o cameră plină de fizicienii care discută liniştiţi este precum spaţiul care este umplut de câmpul Higgs ...

 

Bozonul Higgs: ... la un moment dat, un fizician celebru intră în încăpere, creând o perturbaţie în cameră şi atragând la fiecare pas o mulţime de admiratori în jur ... Credit: CERN.

... la un moment dat, un fizician celebru intră în încăpere, creând o perturbaţie în cameră şi atrăgând la fiecare pas o mulţime de admiratori în jur ...

 

Bozonul Higgs: ... aceasta măreşte rezistenţa lui la îi fi schimbată starea de mişcare, cu alte cuvinte, el primeşte masă, exact cum face o particulă ce se deplasează prin câmpul Higgs ... Credit: CERN.

... aceasta măreşte rezistenţa lui la îi fi schimbată starea de mişcare, cu alte cuvinte, el primeşte masă, exact cum face o particulă ce se deplasează prin câmpul Higgs ...

 

Bozonul Higgs: ... pe de altă parte, daca nu un fizician celebru, ci un zvon traversează încăperea ... Credit: CERN.

... pe de altă parte, dacă nu un fizician celebru, ci un zvon traversează încăperea ...

 

Bozonul Higgs: ... se crează acelaşi tip de aglomerare în jurul zvonului, dar de data aceasta se adună doar fizicienii din sală. În această analogie, aceste grupuri de fizicienii reprezintă particulele Higgs. Credit: CERN.

... se creează acelaşi tip de aglomerare în jurul zvonului, dar de data aceasta se adună doar fizicienii din sală. În această analogie, aceste grupuri de fizicienii reprezintă particulele Higgs.


Mecanismul Higgs

Acest efect de aglomerare poartă numele în ştiinţă de "mecanismul Higgs" şi a fost postulat în anii 1960 de către fizicianul britanic Peter Higgs. Teoria lui emite ipoteza că în întregul Univers se află un fel de reţea care poartă numele de "câmp Higgs". Acest câmp prezintă o asemănare cu un alt câmp care ne este mai familiar, câmpul electromagnetic, căci şi acesta influenţează particulele care îl străbat; dar aspecte ale câmpului Higgs sunt asemănătoare şi unor aspecte din fizica materialelor. Mai precis, oamenii de ştiinţă ştiu că atunci când un electron străbate o reţea cristalină de atomi (un solid), atunci masa electronului poate să crească chiar şi de 40 de ori. Un fenomen similar ar putea fi adevărat şi pentru câmpul Higgs: o particulă ce se mişcă prin el creează o mică distorsiune, asemenea mulţimii adunate în jurul persoanei celebre de la petrecerea de mai sus, iar aceasta conferă masă particulei.

 

Modelul Standard al particulelor fundamentale

S-a dovedit a fi foarte dificil a găsi răspunsul la această întrebare, iar bosonul Higgs este ultimul teritoriu încă neexplorat şi încă neconfirmat din Modelul Standard. Acesta descrie trei din cele patru forţe fundamentale prezente în natură: forţa electromagnetică, forţa nucleară tare şi forţa nucleară slabă. Sunt deja câteva decenii de când electromagnetismul a fost foarte bine înţeles. Recent fizicienii au înţeles foarte multe despre forţa tare, care ţine împreună elementele care formează nucleele atomice, şi despre forţa slabă, cea care guvernează radioactivitatea şi fuziunea hidrogenului (fenomenul care generează energie solară).

Electromagnetismul descrie felul în care interacţionează particulele cu fotonii, care sunt pachete mici de radiaţii electromagnetice. Similar, forţa slabă descrie cum alte două entităţi, bosonii W şi bosonii Z, interacţionează cu electronii, quarcurile, neutrinii şi alte particule elementare. Există însă o diferenţă importantă între cele două interacţii. În timp ce fotonii nu au masă deloc, particulele W şi Z au masă, ba încă una uriaşă! De fapt, sunt unele din particulele cele mai masive care sunt cunoscute.

Am putea să presupunem că este natural ca bosonii W şi Z să existe şi să interacţioneze cu alte particule. Însă din motive matematice, masele foarte mari ale particulelor W şi Z creează inconsistenţe în Modelul Standard. Pentru a elimina aceste probleme, fizicienii postulează existenţa a cel puţin unei alte particule, şi anume a bosonului Higgs.

 

Doar unul sau mai multe tipuri de boson Higgs?

Cea mai simplă teorie prezice existenţa unui singur tip de boson Higgs, dar alte teorii prezic că ar putea fi chiar mai multe tipuri. De fapt, căutarea particulei (sau particulelor Higgs) reprezintă unul dintre cele mai fascinante întreprinderi ştiinţifice care au loc în prezent, deoarece aceasta ar putea duce la descoperiri cu totul noi în fizica particulelor. Unele teorii prezic că ar putea fi scoase la lumină tipuri noi de interacţii tari, iar altele susţin că va ieşi la iveală o nouă simetrie fizică fundamentală, aşa-numita "supersimetrie".

Întâi de toate însă, fizicienii doresc să determine dacă bosonul sau bosonii Higgs chiar există. Căutarea s-a desfăşurat chiar şi în ultimii zece ani la acceleratorul Large Electron Positron Collider (LEP) de la CERN, Geneva, Elveţia şi la acceleratorul Tevatron de la laboratorul Fermilab, de lângă Chicago, SUA. Pentru a căuta particula Higgs, cercetătorii trebuie să ciocnească particule cu viteze foarte mari. Dacă energia coliziunii este suficient de mare, aceasta este convertită în bucăţele de materie, adică particule, din care una ar putea fi chiar bosonul Higgs. Particula Higgs nu va supravieţui decât o fracţiune mică de secundă, după care se va descompune în alte particule. Aşadar, pentru a putea spune dacă a fost creat în coliziune un boson Higgs, cercetătorii trebuie să caute urmele particulelor în care acesta s-a dezintegrat.

 

Unde se caută bozonul Higgs?

În august 2000, fizicienii de la acceleratorul LEP au observat urme care ar putea să provină de la bosonul Higgs, dar rezultatele sunt încă neconcludente. LEP a fost închis la începutul lui noiembrie 2000, dar căutarea continuă la laboratorul Fermilab din SUA şi a fost reluată şi în Elveţia,  odată cu inaugurarea acceleratorului Large Hadron Collider de la CERN.

 

 

Articol tradus de Adrian Buzatu de pe http://www.exploratorium.edu, cu permisiunea editorului.