(sakkmesterke/iStock/Getty Images) Um das Higgs zu verstehen Boson , wir müssen wirklich zuerst über das Higgs-Feld sprechen. Dieses Feld gibt bestimmten Elementarteilchen ihre Masse und trennt gleichzeitig zwei davon vier Grundkräfte der Natur voneinander.
Die Existenz des Feldes wurde erstmals in den frühen 1960er Jahren theoretisiert, als Physiker über die Konsequenzen eines hypothetischen Feldes nachdachten, das die Entstehung des Elektromagnetismus und der schwachen Kraft erklären würde wurde getrennt , und warum einige krafttragende ( oder Messgerät ) Teilchen haben Masse (wie W und Z Bosonen ), während andere (wie Photonen) dies nicht tun.
Britischer Physiker Peter Higgs war einer von mehreren Forschern, die an diesem Modell arbeiteten. Sein Name ist seitdem zum Synonym für das Feld, seine Teilchen und seinen Wirkungsmechanismus geworden.
Was ist dann das Higgs-Boson?
Wie bei allen Quantenfeldern entsteht im Higgs-Feld ein eigenes Elementarteilchen, das Higgs-Boson. Es handelt sich um ein relativ schweres, ungeladenes, äußerst instabiles Boson (krafttragendes Teilchen, eines ohne Spin), das für einen Wimpernschlag vorher existiert zusammenbrechen in einige von einer Vielzahl von andere Teilchen .
In 2012 Genau ein solches Teilchen wurde von zwei Detektoren des Large Hadron Collider entdeckt, was offiziell dazu führte, dass das Higgs-Boson Teil des Teilchenbeschleunigers war Standardmodell und liefert starke Beweise für den Higgs-Mechanismus.
Was gibt Teilchen ihre Masse?
Im Alltag erleben wir Masse als Widerstand gegen Bewegung. Dinge mit viel Masse sind schwer zu bewegen; Sobald sie in Bewegung sind, ist es schwierig, sie zu stoppen.
Albert Einsteins Formulierung von Spezielle Relativität gibt uns eine andere Möglichkeit, Masse zu betrachten – sie ist ein Ausdruck der Energie eines Objekts.
Wenn ein Objekt still sitzt, hat es eine Masse, die gleich seiner Energie geteilt durch das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ist – eine Wendung der bekannten Formel E=mc2. Bewegen Sie ein Objekt, insbesondere mit nahezu Lichtgeschwindigkeit, und es gewinnt Energie, die als Masse wirkt.
Atome erhalten den größten Teil ihrer Masse durch das energetische Summen von Teilchen, sogenannten Quarks, die in ihren Kernen herumschwirren und durch die starke Kraft zusammengehalten werden.
Doch auch für sich genommen haben Quarks Masse. Ebenso wie die umgebenden Elektronen. Da in ihnen nichts „surrt“, ist irgendeine Aktivität erforderlich, um die Energie zu erzeugen, die ihrer Masse im Ruhezustand entspricht.
Darüber hinaus entdeckten Physiker Mitte des 20. Jahrhunderts, dass frühere Modelle, die Eichbosonen beschrieben, nicht mit Beobachtungen übereinstimmten; Kurzreichweitige Teilchen wie die W- und Z-Bosonen der schwachen Kraft waren 80-mal massereicher als ein ganzes Proton, während das weitreichende Photon des elektromagnetischen Feldes überhaupt keine Masse hatte.
Physiker waren verzweifelt auf der Suche nach einem Grund für diese Gewichtsunterschiede und warum die beiden Felder so unterschiedlich waren.
Wie verleiht das Higgs-Feld den Elementarteilchen ihre Masse?
Bei den wahnsinnig hohen Temperaturen in den Augenblicken danach Urknall , wären die Felder des Elektromagnetismus und der schwachen Kernkraft praktisch identisch gewesen.
Als sich das Universum ausdehnte und abkühlte, hätten sich die beiden Felder unterschieden – eines mit schweren Bosonen, die über die kurze Distanz eines Kerns wirken, das andere mit Bosonen, die leicht genug sind, um weite Teile des Weltraums zu erreichen.
Ähnliche Erklärungen für diese Spaltung – und den Massenunterschied – kamen von mehreren Gruppen von Physikern auf der ganzen Welt. Die Geschichte erkennt den Vorschlag von Higgs und Kollegen an Francois Englert und Robert Brout im Jahr 1964, basierend auf einem neuartigen Quantenfeld, das überall aktiv war, sogar im gesamten leeren Raum.
Ein Feld mit einem Wert ungleich Null in jeder Ecke des Universums würde ein grundlegendes Gleichgewicht in der Quantenmechanik stören, das theoretisch entstehen sollte eine Art Teilchen bereits durch Experimente ausgeschlossen .
Aber Higgs, Englert und Brout zeigten, dass, wenn dieses hypothetische Feld mit dem für die schwache Kraft verantwortlichen Feld verknüpft würde, das störende Teilchen, das niemand gesehen hatte, verschlungen würde und einige schwere W- und Z-Bosonen und ein relativ schweres Spin- weniger, ungeladenes „Higgs“-Boson (das schnell auseinanderfallen würde).
Stellen Sie sich das Higgs-Feld wie einen Süßwarenladen vor, in dem die Bosonen beim Schokoladenessen nur ungern überstürzt werden, nur um einen Haufen kurzlebiger „Higgs-Hüllen“ zurückzulassen.
Es wurde schnell klar, dass derselbe Prozess für nahezu jedes Quantenfeld funktionieren würde; Das Higgs-Feld erklärt die Massen einer Reihe anderer fundamentaler Teilchen – wie Quarks und Elektronen – die sich alle dem Druck widersetzen, während sie sich einen Moment Zeit nehmen, um ihre Naschkatzen zu verwöhnen.
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