Piesardzīgākie zinātnieki gan piebilst, ka ir atklāta "Higsa bozonam atbilstoša daļiņa", un vēl nepieciešami turpmāki pētījumi. Tomēr maz ticams, ka ir atklāts kāds cits bozons, nevis tieši Higsa bozons.
Zinātnieku uzstāšanos pavadīja aplausi un ovācijas. Tika godināts arī Higsa teorijas autors Pīters Higss. Fiziķi var pamatoti lepoties, ka ilgi būvētā teorijas un eksperimentu celtne ar nosaukumu "Standarta modelis" nu ir pabeigta. Higsa bozona atklāšana nozīmē, ka mūsu priekšstati par elementārdaļiņām ir visnotaļ pareizi un dabas patiesība šajā aspektā ir dziļi izprasta. Šim atklājumam būs tālejoša nozīme turpmāko fizikas teoriju veidošanā.
Ilgonis Vilks
04.07.2012
_____________________________________
Kas ir Higsa bozons?
Kas ir šī neparastā daļiņa un kā to iespējams atrast?
Viens no pēdējā laika aktuālākajiem jautājumiem dabaszinātnēs ir Higsa bozona eksistences eksperimentālā konstatēšana. Daļiņas, kuras eksistence tiks uzskatīta par apstiprinājumu elementārdaļiņu fizikā visplašāk atzītā t.s. standartmodeļa pareizībai, meklēšanai ir iztērēti ļoti lieli finansiālie resursi, un, šķiet, pavisam drīz varēsim saņemt viennozīmīgu atbildi par to, vai tā eksistē un kādas ir tās īpašības.
Par elementārdaļiņām fizikā sauc par atomu sīkākas matērijas vienības, populārākās varētu būt, piemēram, elektroni vai fotoni. Viens no parametriem, kas raksturo elementārdaļiņas, ir spins, kuru varētu saukt par daļiņas pašrotāciju. Elementārdaļiņu spins var būt vai nu ½ daļiņām, kuras sauc par fermioniem, vai arī 1 - bozoniem. No fermioniem sastāv vieliskā pasaule, gan elektroni, gan arī protonus un neitronus veidojošie kvarki pieder šai elementārdaļiņu kategorijai. Savukārt bozoni pārnes dažāda veida mijiedarbību, piemēram, fotons pārnes elektriskos un magnētiskos pievilkšanās/atgrūšanās spēkus. Tai pat laikā zinām, ka fotons ir arī elektromagnētiskā lauka kvants - tas veidojas, telpā ierosinot elektromagnētiskās svārstības, kuras var izpausties kā gaisma vai, piemēram, radioviļņi.
Līdzīgi kā dažādi atomi ir apkopoti periodiskajā ķīmisko elementu tabulā, veidojot sistēmu, kura paredzēja dažu ķīmisko elementu eksistenci vēl pirms to atklāšanas, arī elementārdaļiņu standartmodelis tās apkopo sistēmā (skatīt attēlu), kura cita starpā paredz Higsa bozona eksistenci. Standartmodelis tika noformulēts 20. gs. 70. gados, kad vēl nebija eksperimentālu pierādījumu par apakšējā (bottom) un augšējā (top) kvarka un tau-neitrīno eksistenci, kuri tika iegūti vēlākos gados. Higsa bozons ir pēdējā no standartmodelī iekļautajām elementārdaļiņām, kura vēl nav atklāta.
Lai varētu saprast, kas ir Higsa bozons, vispirms ir jāiepazīstas ar Higsa lauka jēdzienu. Abi šie jēdzieni ir nodēvēti Pītera Higsa vārdā, kurš, 1960. gados strādājot pie standartmodeļa, aprakstīja masas veidošanās mehānismu elementārdaļiņu fizikā. Šī mehānisma pamatā ir visuresošs skalārais Higsa lauks. Skalārs lauks ir tāds, kura aprakstam nepieciešams tikai viens skaitlisks parametrs, tas ir atšķirīgs no, piemēram, gravitācijas lauka, kuru apraksta ne tikai ar skaitli, bet arī ar virzienu telpā (ābols krīt virzienā uz Zemes masas centru!). Šim laukam piemīt spēja mijiedarboties ar elementārdaļiņām, tās bremzējot. Tēlaini var teikt, ka tas ir kā lipīgs šķidrums, kas piepilda Visumu un bremzē visu, kas caur to kustas. Izņēmumi ir fotoni un gluoni, kas šo lauku "nejūt". Tāpēc fotoni un gluoni ir bezmasas daļiņas, savukārt visām citām elementārdaļiņām piemīt no nulles atšķirīga miera masa. Jo lielāka ir Higsa lauka potenciāla vērtība, jo lielāka ir elementārdaļiņu masa, no tā var secināt, ka mēs dzīvojam Visumā, kuru piepilda no nulles atšķirīgs Higsa lauks, pretējā gadījumā visas elementārdaļiņas būtu bezmasas, kas ir pretrunā ar visiem novērojumiem.
Tomēr Higsa laukam nav visu laiku jābūt ar pilnīgi vienādu vērtību visos telpas punktos. Līdzīgi, kā sakarsēts spuldzes kvēldiegs ierosina elektromagnētiskās svārstības, kas izplatās telpā kā gaisma, arī Higsa laukā iespējams ierosināt svārstības. Visām šīm svārstībām piemīt kvantu daba - pastāv ierobežojums, mēģinot tās sadalīt pēc iespējas sīkākās "porcijās". Zinām, ka gaisma sastāv no atsevišķiem fotoniem, kas sīkāk vairs nav sadalāmi. Higsa lauka svārstību kvants savukārt ir meklētais Higsa bozons. Higsa bozonam, kuru būtu iespējams ierosināt mūsu Visumā, būtu jāpiemīt noteiktai masai, kuru ir saistīta ar skalārā Higsa lauka vērtību.
Pašu Higsa lauku tiešā veidā nav iespējams izmērīt, ja vien par "tiešu" detektēšanu neuzskatām faktu, ka visiem objektiem piemīt masa, tāpēc vienīgais veids, kā pārliecināties par šī lauka eksistenci un izmērīt tā vērtību, ir Higsa bozona ierosināšana un "noķeršana". Kā var noprast, tas nav īpaši viegls uzdevums, pirmkārt tam ir nepieciešama ļoti augsta enerģija - pēc standartmodeļa aprēķiniem elementārdaļiņai ir jāpiešķir vismaz 1,4 teraelektronvoltus (TeV) = 1,4∙1012 eV liela enerģija. Tā ir apmēram 100 000 lielāka enerģija nekā atbrīvojas kodolsintēzes procesā. Šādu enerģiju ir iespējams sasniegt tikai ar nesen uzbūvēto Lielo hadronu satriecēju (Large Hadron Collider, LHC). Otrkārt, Higsa bozons ir nestabils - īsu mirkli pēc izveidošanās tas sabrūk. Sabrukšanas process ir gana labs aprakstīts teorētiski, lai tā pēdas būtu iespējams atpazīt, tādējādi konstatējot Higsa bozona eksistences faktu.
Gadījumā, ja Higsa bozona eksistence tiks apstiprināta, viss iepriekš rakstītais ir spēkā un standartmodeli varēs uzskatīt par noslēgtu teoriju, kas gan nav pilnīga, jo neapraksta tādas parādības kā gravitācija vai tumšā enerģija, tomēr pārliecinoši apraksta dažādas mikropasaules parādības. Ko darīt, ja Higsa bozons netiks atrasts? Eksistē vairākas alternatīvas teorijas, kas izskaidro elementārdaļiņu masas rašanos, tomēr neviena no tām fiziķu acīs nav tik skaista un pamatīgi izstrādāta kā standartmodelis.
Linards Kalvāns
21.06.2012
Avots: http://www.lu.lv/terra2/
