Higgsův boson
Higgsův boson (nebo Higgsova částice) je částice ve standardním fyzikálním modelu. V 60. letech 20. století Peter Higgs jako první naznačil, že by tato částice mohla existovat. Dne 14. března 2013 vědci v CERN předběžně potvrdili, že Higgsovu částici našli.
Higgsova částice je jednou ze 17 částic standardního modelu, fyzikálního modelu, který popisuje všechny známé základní částice. Higgsova částice je boson. Bosony jsou považovány za částice, které jsou zodpovědné za všechny fyzikální síly. Dalšími známými bosony jsou foton, bosony W a Z a gluon. Vědci zatím nevědí, jak spojit gravitaci se standardním modelem.
Higgsovo pole je fundamentální pole, které má zásadní význam pro teorii částicové fyziky. Na rozdíl od jiných známých polí, například elektromagnetického pole, nabývá Higgsovo pole téměř všude stejné nenulové hodnoty. Otázka existence Higgsova pole byla poslední neověřenou částí standardního modelu částicové fyziky a podle některých byla "ústředním problémem částicové fyziky".
Higgsův boson je obtížné detekovat. Higgsův boson je v porovnání s ostatními částicemi velmi hmotný, takže nevydrží příliš dlouho. Higgsovy bosony se obvykle v okolí nevyskytují, protože k jejich vytvoření je zapotřebí velké množství energie. Velký hadronový urychlovač v CERN byl postaven hlavně z tohoto důvodu. Urychluje dva svazky částic na téměř světelnou rychlost (pohybující se opačnými směry) a poté je uvede na dráhu, na které se vzájemně srazí.
Při každé srážce vzniká příval nových částic, které jsou detekovány detektory v okolí místa srážky. Stále existuje jen velmi malá šance, jedna ku deseti miliardám, že se Higgsův boson objeví a bude detekován. Aby bylo možné najít těch několik málo srážek s důkazem existence Higgsova bosonu, LHC rozbíjí biliony částic a superpočítače procházejí obrovské množství dat.
Higgsovy bosony se řídí zákonem zachování energie, který říká, že žádná energie nevzniká ani se neničí, ale může se přenášet nebo měnit svou formu. Nejdříve energie začíná v měřícím bosonu, který interaguje s Higgsovým polem. Tato energie je ve formě kinetické energie jako pohyb. Poté, co měrný boson interaguje s Higgsovým polem, zpomalí se. Toto zpomalení snižuje množství kinetické energie v měrném bosonu. Tato energie však není zničena. Místo toho energie z pohybu přechází do pole a přeměňuje se na hmotnostní energii, což je energie uložená ve hmotě. Vzniklá hmota se může stát tím, co nazýváme Higgsův boson. Množství vytvořené hmoty vychází ze slavné Einsteinovy rovnice E=mc2, která říká, že hmotnost se rovná velkému množství energie (například 1 kg hmotnosti odpovídá téměř 90 kvadrilionům joulů energie - stejnému množství energie, které spotřeboval celý svět v roce 2008 zhruba za hodinu a čtvrt). Protože množství energie hmoty vytvořené Higgsovým polem se rovná množství kinetické energie, kterou ztratil měrný boson zpomalením, energie se zachovává.
Higgsovy bosony se objevují v řadě vědeckofantastických příběhů. Fyzik Leon Lederman jej v roce 1993 nazval "božskou částicí".
Počítačem vytvořený obraz Higgsovy interakce
Objevování
12. prosince 2011 oznámily dva týmy ATLAS a CMS, které na Velkém hadronovém urychlovači hledají Higgsův boson, že konečně získaly výsledky, které by mohly naznačovat existenci Higgsova bosonu; nevěděly však s jistotou, zda je to pravda.
4. července 2012 týmy na Velkém hadronovém urychlovači oznámily, že objevily částici, o níž se domnívají, že je Higgsovým bosonem.
14. března 2013 týmy provedly mnohem více testů a oznámily, že se nyní domnívají, že nová částice je Higgsův boson.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je Higgsův boson?
Odpověď: Higgsův boson je částice ve standardním modelu fyziky. Poprvé ho navrhl Peter Higgs v 60. letech 20. století a jeho existenci potvrdili vědci v CERN 14. března 2013. Je jednou ze 17 částic standardního modelu a patří mezi bosony, o nichž se předpokládá, že jsou zodpovědné za fyzikální síly.
Otázka: Jak funguje Higgsovo pole?
Odpověď: Higgsovo pole je fundamentální pole, které nabývá nenulové hodnoty téměř všude. Bylo poslední neověřenou částí Standardního modelu a jeho existence byla považována za "ústřední problém částicové fyziky". Když s ním měřítkové bosony interagují, zpomalují se a jejich kinetická energie přechází do tvorby energie hmoty, která se stává tím, co nazýváme Higgsův boson. Tento proces se řídí zákonem zachování energie, kdy se žádná energie nevytváří ani neničí, ale může se přenášet nebo měnit svou formu.
Otázka: Proč je obtížné Higgsův boson detekovat?
Odpověď: Higgsův boson má ve srovnání s ostatními částicemi velmi velkou hmotnost, takže netrvá příliš dlouho. Obvykle se v okolí nevyskytuje, protože k jeho vytvoření je zapotřebí velké množství energie. K jeho nalezení vědci používají superpočítače, které procházejí obrovské množství dat z bilionů srážek částic ve Velkém hadronovém urychlovači (LHC) v CERN. I tak existuje jen malá šance (jedna ku deseti miliardám), že se objeví důkaz o existenci Higgsova bosonu a bude detekován.
Otázka: Jaké další známé bosony existují?
Odpověď: Mezi další známé bosony patří fotony, bosony W a Z a gluony.
Otázka: Jak souvisí Einsteinova rovnice E=mc2 se vznikem energie hmoty z kinetické energie?
Odpověď: Einsteinova slavná rovnice říká, že hmotnost se rovná extrémně velkému množství energie (například 1 kg = 90 kvadrilionů joulů). Když se kinetická energie z měrných bosonů interagujících s Higgsovým polem zpomalí, stejné množství kinetické energie přejde na vytvoření energie hmoty, která se stane tím, co nazýváme Higgsův boson - tím se celková energie podle zákonů zachování zachová.
Otázka: Jakou roli hrají vědeckofantastické příběhy, pokud jde o pochopení fungování Higgsových bosonů?
Odpověď: Vědeckofantastické příběhy často obsahují higgsbóny jako součást zápletky, ale tyto příběhy nemusí nutně poskytovat přesné vědecké informace o tom, jak fungují - slouží spíše pro zábavu než pro cokoli jiného!
