Introducere
Filmul următor descrie mecanismul care face ca particulele
fundamentale să aibă masă. Dacă valoarea masei electronului ar fi fost alta,
atunci orbitalii din interiorul atomului ar fi avut dimensiuni diferite, iar
lumea ar fi arătat cu totul altfel. Să începem prin a vorbi despre noţiunea pe
care fizicienii au botezat-o "câmp".
Ideea clasică de "câmp"
Apare deseori nevoia de a descrie o proprietate a unui
sistem fizic care poate lua valori diferite în fiecare punct al spaţiului, cum
este cazul cu temperatura aerului sau viteza vântului sau ca în cazul tăriei şi
direcţiei vreunei forţe asemenea câmpului magnetic al Pământului.
Există doar patru forţe fundamentale cunoscute şi toate sunt
descrise de aşa-numite "câmpuri" definite prin tărie şi direcţie în
fiecare punct al spaţiului. Trebuie menţionat că un asemenea "câmp"
asociat unei forţe are corespondent în realitate. Nu este doar un număr asociat
fiecărui punct în spaţiu. Câmpul are corespondent în realitatea fizică. Aşa cum
spunea John Archibald Wheeler, el “ocupă spaţiul". Conţine energie.
Prezenţa sa exclude posibilitatea existenţei unui vid ideal.” Mai mult,
folosind cuvintele lui Feynman, câmpul “creează o anume stare în spaţiu.” În
fizica clasică aceste câmpuri erau adesea vizualizate mental ca fiind entităţi
continue, care îşi schimbau valoarea în mod continuu.
"Câmpul" în mecanica cuantică
Numai că mecanica cuantică exclude noţiunea continuităţii.
Astfel că, în context cuantic, câmpul ia forma distribuţiei unor
"particule de câmp" minuscule. Tăria câmpului într-un anumit punct
este dată tocmai de densitatea (cantitatea) de "particule de câmp" în
acel punct.
Aceste particule se numesc particule virtuale, pentru că,
pentru a putea exista, încalcă legile de conservare a energiei pentru momente
de timp extrem de scurte. Ele există deoarece asemenea fluctuaţii energetice
sunt permise în contextul principiului incertitudinii al lui Heisenberg. Doar
că, din cauza aceluiaşi principiu, ele trebuie să şi dispară foarte repede.
În cazul câmpurilor precum cele electrice şi magnetice,
aceste particule de câmp se numesc bosoni gauge. Ele reprezintă realitatea
fizică despre care Wheeler spunea că “ocupă spaţiul”. Deşi bosonii gauge există
ca particule virtuale atunci când apar ca urmare a încălcării legii de
conservare a energiei, ei pot exista şi ca particule reale, supunându-se
legilor de conservare a energiei.
Câmpul Higgs
Majoritatea câmpurilor sunt generate de o anumită sursă. Un
câmp electric este generat de o sarcină electrică. Dacă sursa dispare, valoarea
câmpului devine nulă, iar "starea din spaţiu" de care vorbea Feynman
dispare. Din acest punct de vedere câmpul Higgs este diferit. El are o valoare
- corespondentă unei realităţi de natură fizică - în fiecare punct al
spaţiului, chiar dacă nu există o sursă
care să îl genereze. Asta înseamnă că vidul, aşa cum îl gândim noi, oamenii, nu
există niciunde în spaţiul cosmic. Tot spaţiul cosmic este "îmbibat"
de câmpul Higgs, întotdeauna şi oriunde.
Bosonul Higgs
Şi, conform mecanicii cuantice, acest lucru înseamnă că
trebuie să existe şi o particulă asociată acestui tip de câmp. Aceasta este
bosonul Higgs. Bosonii Higgs virtuali sunt cuantele câmpului Higgs, iar aceştia
interacţionează cu toate particulele fundamentale, cu excepţia fotonului,
gravitonului şi gluonului. Tăria interacţiunii dintre bosonul Higgs şi fiecare
dintre particulele fundamentale este
strâns legată de valoarea masei de repaus a acelei particule. Şi cum quarcul
top are cea mai mare masă de repaus,
asta înseamnă şi că el interacţionează cel mai puternic cu bosonul
Higgs. Electronul este de 300,000 mai uşor decât quarcul top, deci
interacţiunea sa cu câmpul Higgs este mult mai mică. Iar neutrino, cu o masă
aproape nulă, are doar o interacţiune extrem de slabă cu bosonii Higgs.
Cum apare masa?
Din moment ce câmpul Higgs există pretutindeni, orice
particulă care interacţionează cu câmpul Higgs, interacţionează cu el oriunde
şi în orice moment. Particulele Higgs acţionează asemenea unei substanţe vâscoase
care reprezintă o piedică în calea altor particule şi tocmai această
"rezistenţă" este responsabilă pentru producerea masei.
Putem detecta o particulă Higgs?
Pentru a putea detecta un boson Higgs în laborator, trebuie
să creăm unul real în loc de unul virtual. Acest lucru se poate realiza prin
ciocnirea particulelor cu antiparticule pentru a genera energii de valori
foarte ridicate. În urma acestor interacţiuni rezultă produşi secundari ai
dezintegrărilor subatomice care pot
reprezenta indicii ale faptului că a fost creat un boson Higgs.
Câte tipuri de câmp Higgs există?
Se estimează că ar exista cinci tipuri de câmp Higgs -
fiecare cu un boson Higgs asociat. Şi, cu puţin noroc, în următorii ani oamenii
de ştiinţă vor descoperi câţi sunt cu adevărat şi cât de masivi sunt aceştia.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu