Higgsi boson
Higgsi boson (või Higgsi osake) on füüsika standardmudeli osake. Peter Higgs oli 1960. aastatel esimene, kes pakkus välja, et see osake võib eksisteerida. 14. märtsil 2013 kinnitasid CERNi teadlased esialgu, et nad on leidnud Higgsi osakese.
Higgsi osake on üks 17 osakesest Standardmudelis, füüsikamudelis, mis kirjeldab kõiki teadaolevaid põhiosakesi. Higgsi osake on boson. Bosoonid on arvatavasti osakesed, mis vastutavad kõigi füüsikaliste jõudude eest. Teised tuntud bosonid on fotoon, W- ja Z-bosonid ning glüoon. Teadlased ei tea veel, kuidas kombineerida gravitatsiooni standardmudeliga.
Higgsi väli on osakestefüüsika teooria jaoks ülioluline fundamentaalne väli. Erinevalt teistest tuntud väljadest, nagu näiteks elektromagnetväljast, võtab Higgsi väli peaaegu kõikjal sama mittenullväärtuse. Küsimus Higgsi välja olemasolust oli osakestefüüsika standardmudeli viimane kontrollimata osa ja mõnede arvates "osakestefüüsika keskne probleem".
Higgsi bosoni on raske avastada. Higgsi boson on teiste osakestega võrreldes väga massiivne, mistõttu see ei kesta väga kaua. Tavaliselt ei ole Higgsi bosonid olemas, sest nende tekkimiseks kulub väga palju energiat. CERNi suur hadronite põrguti ehitati peamiselt sel põhjusel. See kiirendab kaks osakeste kimpu peaaegu valguskiirusele (mis liiguvad vastassuunas), enne kui nad pannakse teele, et omavahel kokku põrgata.
Iga kokkupõrge tekitab hulga uusi osakesi, mida detektorid avastavad kokkupõrkepunkti ümbruses. Higgsi bosoni tekkimise ja avastamise tõenäosus on endiselt väga väike, üks 10 miljardist. Higgsi bosoni leidmiseks lööb LHC kokku triljoneid osakesi ja superarvutid sõeluvad läbi tohutu andmehulga, et leida need vähesed kokkupõrked, mis viitavad Higgsi bosonile.
Higgsi bosonid järgivad energia säilimise seadust, mis ütleb, et energiat ei looda ega hävitata, vaid seda saab üle kanda või muuta vormi. Kõigepealt algab energia mõõtmisbosonist, mis suhtleb Higgsi väljaga. See energia on liikumisena kineetilise energia kujul. Pärast seda, kui mõõtmisboson on Higgsi väljaga suhelnud, aeglustub ta. See aeglustumine vähendab kineetilise energia hulka mõõtmisbosonis. See energia siiski ei hävine. Selle asemel läheb liikumisest saadud energia väljale ja muundub massi-energiaks, mis on massis salvestatud energia. Tekkinud massist võib saada see, mida me nimetame Higgsi bosoniks. Loodud massi hulk tuleneb Einsteini kuulsast võrrandist E=mc2, mis ütleb, et mass on võrdne suure energiakogusega (näiteks 1 kg massi vastab peaaegu 90 kvadriljonile džaulile energiale - sama palju energiat, mida kogu maailm kasutas 2008. aastal umbes ühe tunni ja veerandi jooksul). Kuna Higgsi välja poolt loodud massi-energia hulk on võrdne kineetilise energia hulgaga, mille mõõtmisboson aeglustudes kaotas, siis energia säilib.
Higgsi bosoneid kasutatakse mitmesugustes ulmejuttudes. Füüsik Leon Lederman nimetas seda 1993. aastal "jumala osakesteks".
Arvutiga genereeritud kujutis Higgsi vastastikmõjust
Discovery
12. detsembril 2011 teatasid kaks Higgsi bosoni otsimise meeskonda, ATLAS ja CMS, et nad on lõpuks näinud tulemusi, mis võiksid viidata Higgsi bosoni olemasolule, kuid nad ei teadnud kindlalt, kas see on tõsi.
4. juulil 2012 teatasid Suure Hadronite põrguti meeskonnad, et nad on avastanud osakese, mis on nende arvates Higgsi boson.
14. märtsil 2013 olid meeskonnad teinud palju rohkem katseid ja teatasid, et nad arvavad nüüd, et uus osake on Higgsi boson.
Küsimused ja vastused
Küsimus: Mis on Higgsi boson?
V: Higgsi boson on füüsika standardmudeli osake. Esimest korda pakkus seda välja Peter Higgs 1960. aastatel ja 14. märtsil 2013 kinnitasid CERNi teadlased selle olemasolu. See on üks standardmudeli 17 osakesest ja boson, mis arvatakse olevat vastutav füüsikaliste jõudude eest.
K: Kuidas Higgsi väli toimib?
V: Higgsi väli on fundamentaalne väli, mis võtab peaaegu kõikjal mittenullväärtuse. See oli Standardmudeli viimane kontrollimata osa ja selle olemasolu peeti "osakestefüüsika keskseks probleemiks". Kui mõõtmisbosonid sellega interakteeruvad, aeglustuvad nad ja nende kineetiline energia läheb massi-energia loomiseks, millest saab see, mida me nimetame Higgsi bosoniks. See protsess allub energia säilimise seadusele, mille kohaselt energiat ei looda ega hävitata, vaid seda saab üle kanda või muuta vormi.
K: Miks on Higgsi bosoni raske avastada?
V: Higgsi bosonil on teiste osakestega võrreldes väga suur mass, mistõttu see ei kesta väga kaua. Tavaliselt ei ole ümberringi, sest selle tekkimiseks kulub nii palju energiat. Nende leidmiseks kasutavad teadlased superarvuteid, mis sõeluvad läbi tohutu hulga andmeid triljonite osakeste kokkupõrgetest CERNi suures hadronite põrguti (LHC). Isegi siis on vaid väike tõenäosus (üks 10 miljardist), et Higgs ilmub ja avastatakse.
K: Millised muud tuntud bosonid on olemas?
V: Teiste teadaolevate bosonite hulka kuuluvad fotoonid, W- ja Z-bosonid ning glüoonid.
K: Kuidas on Einsteini võrrand E=mc2 seotud massi-energia tekkimisega kineetilisest energiast?
V: Einsteini kuulus võrrand väidab, et mass võrdub äärmiselt suure energiakogusega (näiteks 1 kg = 90 kvadriljonit džauli). Kui Higgsi väljaga vastastikmõjus olevate mõõtmisbosonite kineetiline energia aeglustub, läheb sama kogus kineetilist energiat massi-energia loomiseks, mis muutub selleks, mida me nimetame Higgsi bosoniks - seega säilib kogu energia vastavalt säilitusseadustele.
K: Millist rolli mängivad ulmejutud seoses arusaamisega, kuidas Higgsbosonid toimivad?
V: Teaduskirjanduslugudes on sageli higgsbosonid osa nende süžeest, kuid need lood ei pruugi anda täpset teaduslikku teavet selle kohta, kuidas nad töötavad - need on pigem meelelahutuseks kui millekski muuks!
