Higgsovo pole
Higgsovo pole je energetické pole, o němž se předpokládá, že existuje v každé oblasti vesmíru. Toto pole doprovází fundamentální částice známá jako Higgsův boson, kterou pole využívá k neustálé interakci s jinými částicemi, jako je například elektron. Částice, které s polem interagují, "dostávají" hmotnost a podobně jako předmět procházející melasou (nebo melasou) se při průchodu polem zpomalují. Výsledkem toho, že částice "získá" hmotnost od pole, je zabránění její schopnosti pohybovat se rychlostí světla.
Samotná hmota není vytvářena Higgsovým polem; vytvoření hmoty nebo energie z ničeho by porušilo zákony zachování. Hmotnost však částice získávají prostřednictvím interakcí Higgsova pole s Higgsovým bosonem. Higgsovy bosony obsahují relativní hmotnost ve formě energie, a jakmile pole obdaří dříve bezhmotnou částici, daná částice se zpomalí, protože se nyní stala "těžkou".
Kdyby Higgsovo pole neexistovalo, částice by neměly hmotnost potřebnou k vzájemnému přitahování a volně by se vznášely rychlostí světla. Také by neexistovala gravitace, protože by neexistovala hmota, která by přitahovala jinou hmotu.
Dodání hmotnosti objektu se označuje jako Higgsův jev. Tento jev přenáší hmotnost nebo energii na jakoukoli částici, která jím projde. Světlo, které jím prochází, získává energii, nikoli hmotnost, protože jeho vlnová forma nemá hmotnost, zatímco jeho částicová forma se neustále pohybuje rychlostí světla.
Počítačem vytvořený obraz Higgsovy interakce
Higgsův jev
Higgsův jev byl poprvé teoreticky popsán v roce 1968 autory článků o narušení symetrie PRL. V roce 1964 napsaly tři týmy vědecké práce, které navrhly související, ale odlišné přístupy k vysvětlení toho, jak by mohla vzniknout hmotnost v lokálních měřítkových teoriích.
V roce 2013 byl na Velkém hadronovém urychlovači předběžně prokázán Higgsův boson a implicitně i Higgsův jev (Higgsův boson byl objeven 4. července 2012). Tento jev byl považován za nalezení chybějícího kousku standardního modelu.
Podle měřítkové teorie (teorie, která je základem standardního modelu) by všechny částice přenášející sílu měly být bez hmotnosti. Silové částice, které zprostředkovávají slabou sílu, však hmotnost mají. Je to způsobeno Higgsovým jevem, který narušuje symetrii SU(2) (SU znamená speciální unitární matici, typ matice, a 2 označuje velikost příslušných matic).
Symetrie systému je operace provedená se systémem, například rotace nebo posunutí, která systém v zásadě nemění. Symetrie také stanoví pravidlo, jak by se mělo něco vždy chovat, pokud na to nepůsobí vnější síla. Příkladem je Rubikova kostka. Pokud vezmeme Rubikovu kostku a zamícháme ji tím, že provedeme libovolné pohyby, je stále možné ji vyřešit. Protože každý tah, který provedeme, stále ponechává Rubikovu kostku řešitelnou, můžeme říci, že tyto tahy jsou "symetriemi" Rubikovy kostky. Dohromady tvoří to, čemu říkáme skupina symetrií Rubikovy kostky. Provedením kteréhokoli z těchto tahů se hlavolam nezmění a vždy zůstane řešitelný. Tuto symetrii však můžeme porušit tím, že provedeme něco takového, jako je rozebrání kostky a její opětovné složení zcela nesprávným způsobem. Bez ohledu na to, jaké tahy nyní vyzkoušíme, není možné kostku vyřešit. Rozložení krychle a její opětovné složení nesprávným způsobem je "vnější silou": Bez této vnější síly nic z toho, co s kostkou uděláme, nezpůsobí její neřešitelnost. Symetrie Rubikovy kostky spočívá v tom, že zůstane řešitelná, ať už uděláme jakýkoli pohyb, dokud kostku nerozložíme.
Vznik Higgsova bosonu
Způsob narušení symetrie SU(2) je znám jako "spontánní narušení symetrie". Spontánní znamená náhodný nebo neočekávaný, symetrie jsou pravidla, která se mění, a narušení označuje skutečnost, že symetrie již nejsou stejné. Výsledkem spontánního narušení symetrie SU(2) může být Higgsův boson.
Důvod Higgsova jevu
K Higgsovu jevu dochází proto, že příroda "tíhne" k nejnižšímu energetickému stavu. K Higgsovu jevu dojde proto, že měřicí bosony v blízkosti Higgsova pole budou chtít být ve svých nejnižších energetických stavech, a to by porušilo alespoň jednu symetrii.
Aby vědci ospravedlnili přidělení hmotnosti potenciálně bezhmotné částici, byli nuceni udělat něco neobvyklého. Předpokládali, že vakuum (prázdný prostor) má ve skutečnosti energii, a tak pokud by do něj vstoupila částice, kterou považujeme za bezhmotnou, energie z vakua by se přenesla do této částice a dodala jí hmotnost. Matematik jménem Jeffrey Goldstone dokázal, že pokud porušíte symetrii (například symetrie u Rubikovy kostky by byla, kdybyste stanovili, že rohy musí být vždy otočeny 0 nebo 3krát, aby byly řešitelné (funguje to)), dojde k reakci. V případě Rubikovy kostky se při jejím porušení stane neřešitelnou. V případě Higgsova pole vznikne něco, co je pojmenováno po Jeffrey Goldstoneovi (a dalším vědci, který s ním spolupracoval, jménem Yoichiro Nambu), Nambu-Goldstoneův boson. Jedná se o excitovanou nebo energetickou formu vakua, kterou lze zobrazit graficky, což odhaluje výše uvedený graf. Poprvé to vysvětlil Peter Higgs.
Takzvaný "potenciál mexického klobouku"
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to Higgsovo pole?
Odpověď: Higgsovo pole je energetické pole, o kterém se předpokládá, že existuje v každé oblasti vesmíru.
Otázka: Jaká je základní částice, která je spojena s Higgsovým polem?
Odpověď: Základní částicí, která je spojena s Higgsovým polem, je Higgsův boson.
Otázka: Co se stane, když částice interagují s Higgsovým polem?
Odpověď: Částice, které interagují s Higgsovým polem, "dostávají" hmotnost a při průchodu polem se zpomalují.
Otázka: Generuje Higgsovo pole hmotnost?
Odpověď: Ne, Higgsovo pole nevytváří hmotnost. Částice získávají hmotnost při interakci s Higgsovým bosonem.
Otázka: Co je výsledkem toho, že částice získá hmotnost díky Higgsovu poli?
Odpověď: Výsledkem toho, že částice získá hmotnost z Higgsova pole, je zabránění její schopnosti pohybovat se rychlostí světla.
Otázka: Co by se stalo, kdyby Higgsovo pole neexistovalo?
Odpověď: Kdyby Higgsovo pole neexistovalo, částice by neměly hmotnost potřebnou k vzájemnému přitahování a volně by se vznášely rychlostí světla.
Otázka: Co je Higgsův jev?
Odpověď: Higgsův jev označuje proces, při kterém objekt získá hmotnost, k němuž dochází, když částice projdou Higgsovým polem a interagují s Higgsovým bosonem.
