A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
A Higgs-bozon vagy Higgs-részecske[1] egy olyan részecske, amelyet a részecskefizika standard modellje jósolt meg. Ez a részecske a közvetítője a Higgs-térnek és ez felelős a többi részecske tömegéért. A Higgs-mező klasszikusan (tehát nem kvantáltan) is felírható a speciális relativitáselméletben, ekkor mint egy négyes skalár mező jelenik meg, és befolyásolja a részecskék nyugalmi tömegét.
Meghatározása
A Higgs-mechanizmus feltételezi egy olyan négykomponensű függvény (komplex izospin-dublett) létezését, amely hozzáadódik a fermionokat leíró függvényhez, mintha a fermionok ebben a térben mozognának. Az egyébként tömeg nélküli fermionok a Higgs-térrel kölcsönhatásban tömeget nyernek, hasonlóan ahhoz, ahogy egy töltött részecske folyadékban sokkal nehezebben mozog, mint vákuumban, mert az elektrosztatikus vonzás következtében magával kell hurcolnia a környezetében levő, polarizált molekulákat. A Higgs-tér sérti az SU(2)-szimmetriát, és ezzel a szilárdtestfizika kvázi-részecskéihez hasonlóan olyan új részecskéket hoz létre, amelyek közül három elnyeli az elmélet zérus tömegű közvetítőrészecskéit, ezáltal tömeget teremtve nekik és létrehozva a három áhított, nehéz gyenge bozont, a negyedik komponense pedig, melléktermékként, újabb nehéz részecskét hoz létre, a Higgs-bozont.[2] A Higgs-mechanizmust, amely tömeget ad a részecskéknek, eredetileg az elektrogyenge kölcsönhatás elméletének kialakításakor feltételezték annak a magyarázatára, hogy miért van a W- és Z-bozonoknak tömegük. A Higgs-mechanizmus nélkül minden részecske fénysebességgel száguldana és így nem alakulhattak volna ki égitestek. Az elmélet szerint maga a mechanizmus, ami szerint az ősrobbanás első pillanatában keletkezett részecskék a Higgs bozonnal való kölcsönhatásuk következtében tömeget is nyertek az ősrobbanás első másodperce alatt folyt le.[3]
Mivel a Higgs-tér skalártér, a Higgs-bozon spinje nulla.
2012. július 4-én egy konferencián a CERN jelentette, hogy találtak egy részecskét, aminek tömege 125 GeV/c² (körülbelül 133 proton-tömeg, nagyságrendileg 10−25 kg), ami „nagyjából a Higgs-bozon követelményeinek felel meg”. Az eredmény a CERN két részlegének, az ATLAS és a CMS részlegnek a független munkájából származik. A hírt nagy lelkesedés fogadta, bár a jelentéshez hozzáadták, hogy még egy év munkájára lesz szükség, hogy az új részecske minden tulajdonságát a Higgs-bozontól elvárt tulajdonságokkal egyeztethessék. 2013. március 14-én jelentették be, hogy az eredmények ellenőrzése alapján kijelenthető, a részecske egy Higgs-bozon, de annak pontos eldöntéséhez, hogy ez a feltételezett többféle részecske közül (például a szuperszimmetria szerint öt lehetséges Higgs-bozon esetében) pontosan melyikről van szó, még több évnyi ellenőrzés és új adatok szükségesek. A 2015-ben újrainduló LHC program várhatóan jelentős adatmennyiséggel fogja segíteni ezt a munkát.[4]
Kutatásának története
A 17. században Isaac Newton megalkotta törvényeit, amelyek segítettek megérteni világunkat. A newtoni törvények beváltak Naprendszerünk megismerésében. Azonban a tudomány fejlődésével világossá vált, hogy extrém körülmények között nem alkalmas a jelenségek leírására, mint például a fénysebességgel mozgó részecskékre vagy az atomi vagy annál kisebb törvényszerűségek leírására. Albert Einstein relativitáselmélete – amely a fénysebesség sajátosságaival foglalkozott – is felfedte és megoldást keresett ezen problémára. Az 1920-as évek közepén Werner Heisenberg kvantummechanikai kutatásaival már szakít az úgynevezett klasszikus fizikával.[5]
A részecskefizika új tudományággá vált, és az új felfedezések hatására leírása egyre bonyolultabb lett. Problémák adódtak a gyors mozgású testekre vonatkozó relativitáselmélet és a kvantummechanika összeegyeztetésével is, amely témában Stephen Hawking kiemelkedő munkásságával jeleskedett. A csillagászat és a fizika fejlődésével olyan problémák merültek fel, mint például 1934-ben Fritz Zwicky svájci asztrofizikus által feltételezett „sötét anyag” szerepe az univerzumban.[6] 1948-ban Richard Feynman kutatásai nyomán jött létre a kvantum-elektrodinamika, amely a mozgásban lévő elemi részecskékkel foglalkozik. E kutatások alapján az 1960-as években az elektrogyenge kölcsönhatást kezdték vizsgálni a természettudósok.[5] 1964-ben megismertük Murray Gell-Mann és George Zweig által az elméletekben felvázolt atomi építőelemeket, a kvarkokat, és a rájuk ható kölcsönhatásokat.
Az elektrogyenge kölcsönhatás legismertebb modellje a Glashow–Weinberg–Salam-modell (GWS-modell), amely a Maxwell által korábban egyesített elektromágnesességre és az úgynevezett gyenge kölcsönhatásra vonatkozó alapjelenségeket tömöríti egyetlen magyarázó elméletbe. 1983-ban megalkották a standard modellt, amely által a fizikusok remélték, hogy egységes és jobban átlátható képbe foglalhatók a kvantummechanika szabályai, amelyet az addigra felfedezett számtalan új részecske és azok között ható kölcsönhatások meglehetősen bonyolulttá tettek. A standard modell számos részletét már sikerült kísérletekkel bizonyítani, de az elmélet kulcsfontosságú része volt a tömegért felelős Z0-bozon meglétének bizonyítása, amely nélkül az elmélet nem működőképes.[5] A Z0-bozont, vagyis Higgs-bozont, amelyet gyakran isteni részecskének is neveznek és amely meglétének jóslatát először Peter Higgs angol fizikus, a skót edinburghi egyetem neves tanára küldte el 1960-ban a Physics Letters tudományos folyóiratnak közleményként, de amint az 1929-es születésű fizikus a CERN 2012. július 4-i ülése alkalmával elmondja,[7] az egyoldalas kéziratot a lap először elutasította, és csak második, kiterjedt formájában fogadták el közlés céljából. A bozonelméletet Steven Weinberg dolgozta ki részletesen. A Higgs-bozon létezésének kimutatására a meglevő gyorsítók képességét meghaladó részecskesebességre lett szükség, ami nagyobb teljesítményű részecskegyorsítót jelentett, és a CERN 1986-ban vállalkozott egy ilyen ütköztető megépítésére. A neve a hadronoktól nyerve Nagy Hadronütköztető (angolul Large Hadroncollider, rövidítve LHC) lett. A Nagy Hadronütköztető 2008. szeptember 10-én kezdte működését, az első kísérletek 2009-ben indultak meg.[6]
2011 decemberében több vezető fizikus is úgy nyilatkozott, hogy egy éven belül – tartva a kutatási ütemet – kiderülhet, hogy valóban létezik-e a Higgs-bozon.[8] 2012. július 4-én a CERN bejelentést tett, miszerint találtak egy részecskét, aminek tömege 125 GeV/c2 (körülbelül 133 protontömeg, nagyságrendileg 10−25 kg), ez „nagyjából a Higgs-bozon leírásának felel meg”.[9][10][11][12][13]
Az „isteni részecske” elnevezés eredete
Az elnevezés Leon Max Lederman amerikai Nobel-díjas részecskefizikushoz köthető, habár állítólag a tudósnak eredetileg nem állt szándékában ezt a megnevezést adni. 1993-ban egy megjelenésre váró (a részecskefizika történelméről szóló) könyvében „istenverte részecskének” (Goddamn Particle) akarta nevezni a Higgs-bozont, mert senki sem találja. A kiadója azonban úgy gondolta, hogy több példány lenne eladható az „isteni részecske” (The God Particle) elnevezéssel. Így lett aztán a könyv címe: Az isteni részecske: Ha az univerzum a válasz, akkor mi a kérdés? (The God Particle: If The Universe Is The Answer, What Is The Question?). A könyv magyarul Az isteni a-tom címmel jelent meg.
A fizikusok többsége nem tartja szerencsésnek a marketing szülte elnevezést. Maga Peter Higgs sem kedveli, mert habár ő nem hívő – így vallásilag nem sérti -, de úgy véli, számos embernek visszatetsző ez a megnevezés.[14]
Laikusoknak szóló magyarázat
1993-ban William Waldegrave tudományokért felelős miniszternek feltűnt, hogy a Higgs-bozon kutatási költsége milyen magas összegeket emészt fel, miközben – számos embertársához hasonlóan – fogalma sincs róla, mi is az a Higgs-bozon vagy Higgs-mechanizmus. Ezért jelképes díjat – egy üveg pezsgőt – ajánlott fel annak a tudósnak, aki a legérthetőbb magyarázatot adja. A nyertes David J. Miller, a londoni egyetem fizikusa lett a következő magyarázattal:[15]
Higgs-mechanizmus
Képzeljük el, hogy politikusok koktélpartit tartanak. Egy helyiséget egyenletes elosztásban töltenek ki az emberek és mindenki a szomszédjával beszélget. Egyszer csak az ex-miniszterelnöknő (Margaret Thatcher) belép és keresztülmegy a termen. Akik mellett elhalad, azok késztetést éreznek, hogy köré gyűljenek, de ahogy továbbhalad a miniszterelnöknő, úgy mindenki visszatér korábbi beszélgető partneréhez. Az őt körülvevő állandósult embercsoport miatt folyamatosan nagyobb lesz a tömege, mint normális esetben lenne és nagyobb lendületre van szüksége a sebessége fenntartására. Ha egyszer elindult, nehezebb megállnia, ha megállt, nehezebb újra elindulnia. A példában szereplő politikusok jelképezik a Higgs-mezőt, ami egy olyan tér, ami meghatározza a benne haladó részecskék tömegét azáltal, hogy átmenetileg eltorzul a benne haladó részecske környékén.
Ez a Higgs-mechanizmus esetén három dimenzióban játszódik le. Feltételezésünk szerint a Higgs-mező kitölti az univerzumot, mert másként nehezen magyarázható, hogy a gyenge kölcsönhatásért felelős W és Z részecskék mitől nehezek, amíg a elektromágneses erők nélkülözik a tömeget.[16]
Higgs-bozon
Vegyük ismét a fenti példában szereplő koktélparti helyszínét, ahol a politikusok arányosan elszórva beszélgetnek a teremben. Ebben az esetben egy pletyka indul el a terem egyik végéből, és az emberek a mellettük lévő politikustárshoz közelebb lépve adják tovább a hírt, így ideiglenes helyi csoportosulás jön létre. Ennek köszönhetően csoportosulás-hullám halad végig az egész termen. A hírhullám haladhat széles szórásban, saroktól sarokig, vagy egy kisebb csoportosulás által egyenes vonalban, egy bizonyos pont felé. E hírközvetítő csoportosulásnak – ami korábban a ex-miniszterelnöknőnek adott tömeget – szintén van tömege. A feltételezések szerint a Higgs-bozon lényegében egy ilyen csoportosulás a Higgs-mezőben.
Az elmélet bizonyításának – miszerint létezik a tömeg szempontjából meghatározó Higgs-mező és -mechanizmus – a legkönnyebb módja, ha kísérletekkel bizonyítjuk, hogy létezik a Higgs-bozon.[16]
Jegyzetek
- ↑ Timothy Ferris: A világmindenség. Mai kozmológiai elméletek. 233. old. Typotex Kiadó, 2006. ISBN 963-9548-33-2
- ↑ A Standard Modell: mi az, és mire jó?. (Hozzáférés: 2012. július 4.)
- ↑ Indul a legnagyobb részecskegyorsító - 6. rész
- ↑ The Higgs boson: One year on, 2013. június 4.
- ↑ a b c „Isteni részecske”: ha létezik, tömege is van
- ↑ a b A CERN nagy hadronütköztetője az emberiség szolgálatában
- ↑ https://www.youtube.com/watch?NR=1&v=4Pi1EE8nutc&feature=endscreen
- ↑ "Rövidesen levadásszák a Higgs-bozont"
- ↑ „CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson”, CERN, 2012. július 4. (Hozzáférés: 2018. december 19.)
- ↑ Observation of a New Particle with a Mass of 125 GeV
- ↑ Latest Results from ATLAS Higgs Search. . (Hozzáférés: 2012. július 4.)
- ↑ Video (04:38) - CERN Announcement (4 July 2012) Of Higgs Boson Discovery.
- ↑ Overbye, Dennis. „A New Particle Could Be Physics’ Holy Grail”, New York Times , 2012. július 4. (Hozzáférés: 2012. július 4.)
- ↑ blog.telegraph.co.uk
- ↑ Szinte biztos: megvan a Higgs-bozon
- ↑ a b Higgs-bozon egyszerű magyarázata
Források
- ↑ „Isteni részecske”: ha létezik, tömege is van: hvg.hu – Hozzáférés: 2012.07.09.
- ↑ Indul a legnagyobb részecskegyorsító - 7. rész: A Standard Modellen túl: észbontó sokdimenziós elméletek – Hozzáférés: 2012.07.09.
- ↑ Indul a legnagyobb részecskegyorsító - 6. rész: A modern fizika Szent Gráljának nyomában – Hozzáférés: 2012.07.09.
- ↑ A CERN nagy hadronütköztetője az emberiség szolgálatában: Mindentudás egyeteme – Hozzáférés: 2012.07.09.
- ↑ Higgs-bozon egyszerű magyarázata: A quasi-political Explanation of the Higgs Boson – Hozzáférés: 2012.07.09.
- ↑ Szinte biztos: megvan a Higgs-bozon: index.hu – Hozzáférés: 2012.07.09.
- ↑ blog.telegraph.co.uk: How the 'God particle' got its name Archiválva 2012. július 8-i dátummal a Wayback Machine-ben – Hozzáférés: 2012.07.11.
További információk
Magyarul
- Trócsányi Zoltán: Az isten-részecske, Videotórium
- Dávid Gyula: A tömeg eredete és a Higgs-mező, Atomoktól a csillagokig előadássorozat
- Patkós András: Nobel-díj, 1999 - elméleti részecskefizikáért
- Így lett meg a Higgs-bozon-szerű bozon
- Horváth Dezső: Higgs-bozonok keresése az OPAL-együttműködésben, Fizikai Szemle 2003/4, 122.
- Balogh Vilmos Szilárd: Hopsz, itt a Higgs – vagy mégsem?, Fizikai Nobel-díj 2013, in: Mérleg, 2013, 188-204. o.
- Horváth Dezső: A Higgs-bozon; Typotex, Bp., 2014
Angolul
- First observations of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson at the LHC - CMS–ATLAS Higgs Booklet'. . (Hozzáférés: 2012. október 21.)
- Higgs physics at the LHC
- The Higgs Boson by the CERN exploratorium
- The God Particle and the Grid by Richard Martin
- 1993-ban a brit tudományügyi miniszter, William Waldegrave, arra kérte az elméleti fizikusokat, hogy legfeljebb egy oldalon magyarázzák már el, hogy „Mi az a Higgs-bozon, és miért kell megtalálni?” Íme az eredmény (angolul).
- Higgs boson on the horizon
- Fermilab Results Change Estimated Mass Of Postulated Higgs Boson
- Quark experiment predicts heavier Higgs
- Video (04:38) – CERN Announcement of Higgs Boson Discovery (4 July 2012).
Egyéb
- Leon Lederman: Az isteni a-tom. Typotex Kiadó, 2007. ISBN 978-963-9664-32-6 A könyv középiskolai ismeretekkel érthetően ír a fizika fejlődéséről, a legelemibb részecskék kereséséről. Kiemelt rész foglalkozik a Higgs-bozon, az Isten-részecske keresésével.
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.