Was ist das Higgs-Boson?

Um das Higgs-Boson zu verstehen, müssen wir zuerst über das Higgs-Feld sprechen. Dieses Feld gibt einigen fundamentalen Teilchen ihre Masse und trennt gleichzeitig zwei der vier fundamentalen Naturkräfte voneinander.

Die Existenz des Feldes wurde erstmals in den frühen 1960er Jahren theoretisiert, als die Physiker die Konsequenzen eines hypothetischen Feldes berücksichtigten, das erklären würde, wie Elektromagnetismus und die schwache Kraft GetrenntUnd warum trägt es etwas Kraft (Oder messen) Für Massenteilchen (wie W und Z. Bosonen) Während andere (wie Photonen) dies nicht tun.

Britischer Physiker Peter Higgs Er war einer von mehreren Forschern, die an diesem Modell arbeiteten. Sein Name ist seitdem zum Synonym für das Feld, sein Teilchen und seinen Wirkungsmechanismus geworden.

Was ist dann das Higgs-Boson?

Wie bei allen Quantenfeldern entsteht aus dem Higgs-Feld eine eigene Art von Grundteilchen, das Higgs-Boson. Es ist ein relativ schweres, ungeladenes und extrem instabiles Boson (ein krafttragendes Teilchen, eines mit null Rotation), das vor einem Blitz existiert, bevor es in einige wenige einer Vielzahl anderer Teilchen zerfällt.

Tabellenbild des Standardmodells der Teilchenphysik

In 2012Ein solches Partikel wurde von zwei LHC-Detektoren nachgewiesen, was offiziell dazu führte, dass das Higgs-Boson als Teil von aufgenommen wurde Standardform Und liefern solide Beweise für den Higgs-Mechanismus.

Was gibt einem Teilchen seine Masse?

Täglich testen wir Masse als Bewegungswiderstand. Objekte mit großer Masse sind schwer zu bewegen; Sobald sie sich bewegen, ist es schwer, sie aufzuhalten.

Albert Einsteins Formulierung von Spezielle Relativität Es gibt uns eine andere Möglichkeit, Masse zu sehen – es ist ein Ausdruck der Energie eines Objekts.

Im Stillstand hat das Objekt eine Masse, die seiner Energie entspricht, geteilt durch das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit – eine Änderung der bekannten Formel E = mc2. Wenn Sie ein Objekt in Bewegung setzen, insbesondere mit nahezu Lichtgeschwindigkeit, erhält es Energie, die als Masse wirkt.

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Atome erhalten den größten Teil ihrer Masse aus der energetischen Resonanz von Teilchen, die als Quarks bezeichnet werden und sich in ihrem Kern bewegen und durch die starke Kraft miteinander verbunden sind.

Zwei Auf und Ab sind mit der intensiven Kraft verbunden

Doch auch für sich allein haben Quarks Masse. Wie die umgebenden Elektronen. Ohne “Resonanzen” ist eine Art Aktivität erforderlich, um die Energie zu berechnen, die ihrer Masse in Ruhe entspricht.

Darüber hinaus entdeckten Physiker Mitte des 20. Jahrhunderts, dass frühere Modelle, die Messbosonen beschreiben, nicht mit den Beobachtungen übereinstimmten. Teilchen mit kurzer Reichweite wie die W- und Z-Bosonen mit schwacher Kraft hatten die 80-fache Masse des gesamten Protons, während das Photon mit großer Reichweite im elektromagnetischen Feld überhaupt keine Masse hatte.

Die Physiker wollten unbedingt einen Grund für diese Unterschiede in der Schwerkraft finden und warum die beiden Bereiche so unterschiedlich waren.

Wie gibt das Higgs-Feld fundamentalen Teilchen ihre Masse?

In den wahnsinnig hohen Temperaturen der folgenden Momente die große ExplosionDie elektromagnetischen Felder und die schwache Kernkraft sind nahezu identisch.

Als sich das Universum ausdehnte und abkühlte, trennten sich die beiden Felder – eines mit schweren Bosonen, die in kurzer Entfernung vom Kern operierten, und das andere als Bosonen, die leicht genug waren, um über weite Strecken des Weltraums zu gelangen.

Ähnliche Erklärungen für diese Spaltung – und den Unterschied in den Massen – kamen von mehreren Gruppen von Physikern auf der ganzen Welt. Die Geschichte erkennt den Vorschlag von Higgs und den Kollegen Francois Englert und Robert Pruitt aus dem Jahr 1964 an, der auf einer neuen Art von Quantenfeld basiert, das überall aktiv war, sogar im leeren Raum.

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Ein Feld mit einem Wert ungleich Null in jeder Ecke des Universums würde das fundamentale Gleichgewicht in der Quantenmechanik stören, das es theoretisch erzeugen sollte. Art des Partikels Vorher Es wurde durch Experimente ausgeschlossen.

Aber Higgs, Englert und Pruitt zeigten, dass, wenn dieses hypothetische Feld mit dem Feld zusammenhängt, das für die schwache Kraft verantwortlich ist, das störende Teilchen, das niemand gesehen hatte, verschlingen würde und einige relativ schwere und schwere W- und Z-Bosonen zurücklassen würde. Weniger das ungeladene Higgs-Boson (das schnell zusammenbricht).

Stellen Sie sich das Higgs-Feld als einen Süßwarenladen vor, in dem Bosonen nur ungern in sie eindringen, während sie ihre Schokolade essen, und nur ein paar kurzlebige Higgs-Hüllen hinter sich lassen.

Es wurde schnell klar, dass der gleiche Prozess in praktisch jeder Quantendomäne funktionieren würde. Das Higgs-Feld erklärt die Massen einer Gruppe anderer fundamentaler Teilchen – wie Quarks und Elektronen -, die alle ihrem Antrieb widerstehen, weil es einen Moment dauert, bis ihre Naschkatzen geheilt sind.

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