Art. 05 – Vol.26 – Nr. 2 – 2016

Roman Chirilă
roman.chirila@ici.ro

Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare în Informatică – ICI Bucureşti

Rezumat: Particula neîncărcată numită bosonul Higgs, cu spin zero, reprezintă cuanta câmpului scalar f numit câmpul Higgs, aşa cum fotonul este cuanta câmpului electromagnetic. Se presupune că acest câmp Higgs acţionează ca un mediu continuu, de fond, chiar şi pe distanţe scurte. El pare să joace un rol fundamental, de vreme ce reprezintă cheia explicării originii masei pentru alte particule elementare. Interacţia dintre câmpul Higgs f cu alte câmpuri conferă masă particulelor elementare. Acest mecanism cuantic de creare a masei se numeşte mecanism Higgs. Înţelegerea acestui mecanism Higgs se bazează pe „ruperea spontană de simetrie” şi „teoria de etalonare”. Mecanismul Higgs, descoperit întâi de Peter Higgs, a fost folosit pentru conferirea masei bosonilor vectoriali de etalonare din cadrul interacţiilor slabe. Introducerea câmpului Higgs scalar, complex, în Lagrangian, cu valoarea expectată a vacuumului diferită de zero transformă bosonii vectoriali iniţiali fără masă în bosoni masivi, în timp ce una dintre cele două componente ale câmpului Higgs dispare.

În lucrarea de faţă vom discuta mecanismul Higgs, folosind modelul unidimensional şi apoi cel bidimensional. Mecanismul Higgs este descris în general ca un caz de rupere spontană a simetriei. Prin urmare, noţiunea de rupere spontană a simetriei va constitui  elementul de bază  al lucrării de faţă. De asemenea, în lucrare sunt discutate  mecanismul Higgs şi rolul său în cadrul Modelului Standard.

Cuvinte cheie: Modelul Standard, mecanismul Higgs, câmpul Higgs, bosonul Goldstone, ruperea spontană de simetrie

Introducere

Bosonul Higgs, numit aşa după fizicianul scoţian Peter Higgs, este o particulă elementară ipotetică din familia bosonilor, despre care se crede că face parte din mecanismul care conferă masă celorlalte particule elementare. Căutarea unei dovezi a existenţei sale a început în anii 1960. În 2011, particula era căutată cu ajutorul acceleratoarelor de particule, în special cu acceleratorul LHC de lângă Geneva, Elveția. Peter Higgs şi Francois Englert au primit Premiul Nobel pentru fizică, după identificarea şi descoperirea bosonului Higgs, care explică formarea Universului. Cei doi au fost premiaţi în anul 2013, în timp ce Robert Brout, din păcate, murise în 2011.

Această particulă descoperită are o masă de 125 GeV, cu 1 GeV mai mult decât masa protonului. Experimentele pentru a o descoperi au fost făcute la LHC din Geneva şi au fost susţinute de o descoperire recentă din Statele Unite ale Americii, de la Fermilab.

Concluzii

În concluzie, trebuie precizat faptul că mecanismul Higgs conferă masă doar particulelor elementare. Dintre cele 17 particule elementare existente (incluzând şi bosonul Higgs), doar un număr de 12 particule elementare capătă masă prin mecanismul Higgs, descris în materialul de mai sus: vorbim despre 6 quarci u, d, c, s, t, b, cei 3 leptoni e, μ, τ, cei 2 bosoni de etalonare  Z, W, şi bosonul Higgs, H. Este posibil ca şi particulele neutrino să obţină masă tot prin mecanismul Higgs, dar acest lucru încă nu este sigur [6]. Cu toate acestea, există multe alte particule subatomice  formate prin compunea altor particule elementare. De pildă, protonul este alcătuit din doi quarci u şi un quarc d. Cu toate acestea, masa protonului este de 940 MeV, cu mult mai mare decât suma maselor celor 3 quarci din care este compus şi care este în jur de 9, 4 MeV, adică doar 1 % din masa totală a protonului. Această discrepanţă uriaşă se explică prin relaţia de echivalenţă dintre masă şi energie, E = m c². Prin urmare, diferenţa de masă a protonului provine din energia înmagazinată în interiorul său. Pe de o parte, quarcii au o energie cinetică folosită pentru mişcarea lor în interiorul protonului, iar, pe de altă parte, există o energie de interacţie între cei trei quarci care alcătuiesc protonul. Deci, energia cinetică plus energia de legătură a quarcilor formează masa totală a protonului.

Cercetările efectuate pe subiectul bosonului Higgs au scos în evidenţă şi alte aspecte interesante [16]:

– Confirmarea proiectului LHC: desigur, bosonul Higgs dovedeşte faptul că investiţia în LHC nu a fost zadarnică. Acesta e cel mai mare accelerator de particule din lume, iar costul total s-a ridicat la 10 miliarde de dolari. CERN l-a creat special pentru a cerceta cele mai mari energii care pot fi reproduse pe Pământ, bosonul Higgs constituind un veritabil Sfânt Graal al fizicii particulelor elementare. Descoperirea este importantă şi pentru Peter Higgs şi colegii săi care au venit, în 1964, cu teoria mecanismului Higgs. Descoperirea bosonului Higgs vine să confirme, în esenţă, modelul teoretic existent.

– Forţa electroslabă: existenţa bosonului Higgs explică modul cum pot fi unite două forţe fundamentale, interacţiunea electromagnetică şi interacţiunea nucleară slabă. Prima este responsabilă de interacţiunea dintre particulele încărcate electric, iar cea de-a doua produce majoritatea proceselor de dezintegrare radioactivă. Iar fiecărei forţe din natură îi corespunde o particulă. Particula asociată electromagnetismului este fotonul, o particulă fără masă, iar cu interacţiunea slabă sunt asociaţi bosonii W şi Z, particule masive. Mecanismul Higgs este responsabil de aceste diferenţe de masă între particule.

Vizualizează articolul complet