Higgsi väli
Higgsi väli on energiaväli, mis arvatakse olevat olemas igas universumi piirkonnas. Väljaga kaasneb fundamentaalosake, mida tuntakse Higgsi bosonina ja mida väli kasutab teiste osakestega, näiteks elektroniga, pidevas vastastikmõjus. Väljaga vastastikmõjus olevatele osakestele "antakse" mass ja sarnaselt sellele, kui objekt liigub läbi trassi (või melassi), muutuvad nad selle läbimisel aeglasemaks. Kui osake "saab" väljal massi, siis on selle tulemuseks, et ta ei saa liikuda valguse kiirusega.
Mass ise ei teki Higgsi väljast; aine või energia loomine eimillestki rikuks säilitamisseadusi. Massi saavad aga osakesed Higgsi välja ja Higgsi bosoni vastastikmõjude kaudu. Higgsi bosonid sisaldavad suhtelist massi energia kujul ja kui väli on varem massita osakese varustanud, aeglustub kõnealune osake, kuna ta on nüüdseks muutunud "raskeks".
Kui Higgsi välja ei oleks olemas, ei oleks osakestel üksteise ligitõmbamiseks vajalikku massi ja nad hõljuksid vabalt ringi valguskiirusel. Ka gravitatsiooni ei oleks olemas, sest mass ei oleks olemas, et teisi massi ligi tõmmata.
Objektile massi andmist nimetatakse Higgsi efektiks. See efekt annab massi või energiat üle igale osakestele, mis seda läbib. Valgus, mis läbib seda, saab energiat, mitte massi, sest selle lainekuju ei oma massi, samas kui selle osakeste vorm liigub pidevalt valguse kiirusega.
Arvutiga genereeritud pilt Higgsi vastastikmõjust
Higgsi efekt
Higgsi efekti teoreetiliselt käsitlesid esmakordselt 1968. aastal PRLi sümmeetria purunemise paberite autorid. 1964. aastal kirjutasid kolm uurimisrühma teaduslikke artikleid, milles pakuti välja seotud, kuid erinevaid lähenemisviise, et selgitada, kuidas mass võib tekkida lokaalsetes mõõtmeteooriates.
2013. aastal tõestati Higgsi boson ja kaudselt ka Higgsi efekt esialgu suurel hadronite põrgutija abil (ja Higgsi boson avastati 4. juulil 2012). Seda efekti peeti Standardmudeli puuduva tüki leidmiseks.
Vastavalt mõõtmeteooriale (standardmudeli aluseks olev teooria) peaksid kõik jõudu kandvad osakesed olema massita. Nõrka jõudu vahendavatel jõuosakestel on aga mass. See on tingitud Higgsi efektist, mis rikub SU(2)-sümmeetriat (SU tähistab spetsiaalset unitaarset maatriksit ja 2 viitab asjaomaste maatriksite suurusele).
Süsteemi sümmeetria on süsteemiga tehtud operatsioon, näiteks pööramine või nihutamine, mis jätab süsteemi põhimõtteliselt muutumatuks. Sümmeetria annab ka reegli, kuidas miski peaks alati käituma, kui sellele ei mõju väline jõud. Näiteks võib tuua Rubiku kuubiku. Kui me võtame Rubiku kuubiku ja ajame selle segi, tehes ükskõik milliseid liigutusi, on seda ikkagi võimalik lahendada. Kuna iga liigutus, mille me teeme, jätab Rubiku kuubiku endiselt lahendatavaks, võime öelda, et need liigutused on Rubiku kuubiku "sümmeetriad". Koos moodustavad nad selle, mida me nimetame Rubiku kuubiku sümmeetriarühmaks. Ükski neist käikudest ei muuda mõistatust, jättes selle alati lahendatavaks. Kuid me võime seda sümmeetriat rikkuda, tehes midagi sellist nagu kuubiku lahtivõtmine ja täiesti valesti kokku panemine. Ükskõik, milliseid käike me nüüd ka ei prooviks, ei ole võimalik kuubikut lahendada. Kuubiku lõhkumine ja valesti kokku panemine on "väline jõud": Ilma selle välise jõuta ei tee miski, mida me kuubikuga teeme, seda lahendamatuks. Rubiku kuubiku sümmeetria seisneb selles, et ta jääb lahendatavaks, mis tahes liigutusi me ka ei teeks, kui me ei võta kuubikut laiali.
Higgsi bosoni loomine
SU(2)-sümmeetria purunemise viisi nimetatakse "spontaanseks sümmeetria purustamiseks". Spontaanne tähendab juhuslikku või ootamatut, sümmeetriad on reeglid, mida muudetakse, ja murdumine viitab sellele, et sümmeetriad ei ole enam samad. SU(2)-sümmeetria spontaanse murdmise tulemuseks võib olla Higgsi boson.
Higgsi efekti põhjus
Higgsi efekt tekib seetõttu, et loodus "kaldub" madalaima energiaga olekusse. Higgsi efekt tekib seetõttu, et Higgsi välja läheduses olevad mõõtmisbosonid tahavad olla oma madalaimates energiastatsionaarides ja see rikub vähemalt ühte sümmeetriat.
Et õigustada massi andmist eeldatavalt massita osakestele, olid teadlased sunnitud tegema midagi ebatavalist. Nad eeldasid, et vaakumil (tühjal ruumil) on tegelikult energiat ja et kui sellesse siseneks osakese, mida me peame massivabaks, siis kanduks vaakumi energia sellesse osakestesse üle, andes talle massi. Üks matemaatik nimega Jeffrey Goldstone tõestas, et kui rikkuda sümmeetriat (näiteks Rubiku kuubiku sümmeetria oleks, kui sätestada, et nurgad peavad alati olema 0 või 3 korda pööratud, et neid saaks lahendada (see toimib)), siis tekib reaktsioon. Rubiku kuubiku puhul muutub kuubik lahendamatuks, kui seda rikutakse. Higgsi välja puhul tekib midagi Jeffrey Goldstone'i (ja teise temaga koos töötanud teadlase Yoichiro Nambu) järgi nimetatut, Nambu-Goldstone'i boson. See on vaakumi ergastatud või energeetiline vorm, mida saab graafiliselt kujutada, paljastades ülaltoodut. Seda selgitas esimesena Peter Higgs.
Niinimetatud "Mehhiko mütsipotentsiaal"
Küsimused ja vastused
K: Mis on Higgsi väli?
V: Higgsi väli on energiaväli, mis arvatakse olevat olemas igas universumi piirkonnas.
K: Milline on Higgsi väljaga seotud fundamentaalosakese?
V: Higgsi väljaga seotud fundamentaalosake on Higgsi boson.
K: Mis juhtub, kui osakesed suhtlevad Higgsi väljaga?
V: Higgsi väljaga vastastikmõjus olevad osakesed "saavad" massi ja muutuvad seda läbides aeglasemaks.
K: Kas Higgsi väli tekitab massi?
V: Ei, Higgsi väli ei tekita massi. Osakesed saavad massi läbi nende vastastikmõju Higgsi bosoniga.
K: Mis on selle tulemus, kui osake omandab massi Higgsi väljast?
V: Kui osake saab massi Higgsi väljast, siis selle tulemuseks on see, et ta ei saa liikuda valguse kiirusega.
K: Mis juhtuks, kui Higgsi välja ei oleks olemas?
V: Kui Higgsi väli ei eksisteeriks, ei oleks osakestel üksteise ligitõmbamiseks vajalikku massi ja nad hõljuksid vabalt valguskiirusel.
K: Mis on Higgsi efekt?
V: Higgsi efekt viitab objektile massi andmise protsessile, mis toimub siis, kui osakesed läbivad Higgsi välja ja suhtlevad Higgsi bosoniga.
