Higgs-felt
Higgs-feltet er et energifelt, der menes at eksistere i alle dele af universet. Feltet er ledsaget af en fundamental partikel, der er kendt som Higgsbosonen, som bruges af feltet til at interagere med andre partikler, f.eks. elektronen. Partikler, der interagerer med feltet, får "givet" masse og vil på samme måde som en genstand, der passerer gennem en sirup (eller melasse), blive langsommere, når de passerer gennem feltet. Resultatet af at en partikel "får" masse fra feltet er, at den forhindres i at bevæge sig med lysets hastighed.
Selve massen genereres ikke af Higgs-feltet; at skabe stof eller energi ud af ingenting ville være i strid med bevarelseslovene. Partikler opnår imidlertid masse via deres Higgs-feltets vekselvirkninger med Higgs-bosonen. Higgsbosonerne indeholder den relative masse i form af energi, og når feltet har udstyret en tidligere masseløs partikel med en masse, vil den pågældende partikel blive langsommere, da den nu er blevet "tung".
Hvis Higgs-feltet ikke fandtes, ville partikler ikke have den masse, der er nødvendig for at tiltrække hinanden, og de ville flyde frit rundt med lysets hastighed. Tyngdekraften ville heller ikke eksistere, fordi der ikke ville være masse til at tiltrække anden masse.
At give et objekt masse kaldes Higgs-effekten. Denne effekt vil overføre masse eller energi til enhver partikel, der passerer den. Lys, der passerer igennem den, får energi, ikke masse, fordi dets bølgeform ikke har masse, mens dets partikelform konstant bevæger sig med lysets hastighed.
Et computergenereret billede af en Higgs-interaktion
Higgs-effekten
Higgs-effekten blev først teoretiseret i 1968 af forfatterne af PRL's symmetribrydende artikler. I 1964 skrev tre grupper videnskabelige artikler, der foreslog beslægtede, men forskellige metoder til at forklare, hvordan masse kunne opstå i lokale gaugeteorier.
I 2013 blev Higgsbosonen og dermed Higgs-effekten foreløbigt bevist ved Large Hadron Collider (og Higgsbosonen blev opdaget den 4. juli 2012). Effekten blev set som et fund af en manglende brik i standardmodellen.
Ifølge gaugeteorien (den teori, der ligger til grund for standardmodellen) skulle alle kraftbærende partikler være masseløse. De kraftpartikler, der formidler den svage kraft, har imidlertid masse. Dette skyldes Higgs-effekten, som bryder SU(2)-symmetrien (SU står for special unitary, en type matrix, og 2 henviser til størrelsen af de involverede matricer).
Symmetri i et system er en operation, der udføres på et system, f.eks. rotation eller forskydning, og som efterlader systemet grundlæggende uændret. En symmetri giver også en regel for, hvordan noget altid skal opføre sig, medmindre det påvirkes af en ydre kraft. Et eksempel er en Rubiks terning. Hvis vi tager en Rubiks terning og forvrænger den ved at foretage alle mulige bevægelser, er det stadig muligt at løse den. Da hver bevægelse, vi foretager, stadig giver Rubiks terning mulighed for at løse den, kan vi sige, at disse bevægelser er "symmetrier" i Rubiks terning. Tilsammen udgør de det, vi kalder Rubiks terninges symmetri gruppe. Hvis man foretager nogen af disse træk, ændrer det ikke puslespillet, og det kan altid løses. Men vi kan bryde denne symmetri ved f.eks. at skille terningen ad og sætte den sammen igen på en helt forkert måde. Uanset hvilke træk vi prøver nu, er det ikke muligt at løse terningen. At bryde terningen fra hinanden og sætte den sammen igen på den forkerte måde er den "ydre kraft": Uden denne ydre kraft er der intet, vi gør ved terningen, der gør den uløseligt. Rubiks terninges symmetri er, at den forbliver løsbar, uanset hvilke bevægelser vi foretager, så længe vi ikke skiller terningen ad.
Skabelse af Higgs boson
Den måde, hvorpå SU(2)-symmetrien brydes, er kendt som "spontan symmetribrydning". Spontan betyder tilfældig eller uventet, symmetrier er de regler, der ændres, og "brud" henviser til det faktum, at symmetrierne ikke længere er de samme. Resultatet af spontant brud på SU(2)-symmetrien kan være en Higgsboson.
Årsagen til Higgs-effekten
Higgs-effekten opstår, fordi naturen "tenderer" mod den laveste energitilstand. Higgs-effekten vil opstå, fordi gauge bosoner i nærheden af et Higgs-felt vil ønske at være i deres laveste energitilstand, og dette vil bryde mindst én symmetri.
For at retfærdiggøre at give masse til en partikel, der skulle være masseløs, var forskerne tvunget til at gøre noget usædvanligt. De antog, at vakuum (tomt rum) faktisk havde energi, og at hvis en partikel, som vi opfatter som masseløs, kom ind i det, ville energien fra vakuummet blive overført til partiklen og give den masse. En matematiker ved navn Jeffrey Goldstone beviste, at hvis man overtræder en symmetri (en symmetri med en Rubiks terning ville f.eks. være, hvis man angiver, at hjørnerne altid skal drejes 0 eller 3 gange for at kunne løses (det virker)), vil der opstå en reaktion. I Rubiks terning vil terningen blive uløselig, hvis den overtrædes. I tilfældet med Higgs-feltet produceres noget, der er opkaldt efter Jeffrey Goldstone (og en anden videnskabsmand, der arbejdede sammen med ham, ved navn Yoichiro Nambu), en Nambu-Goldstone-boson. Dette er en exciteret eller energisk form af vakuumet, som kan grafisk afsløres på den måde, der er vist ovenfor. Dette blev først forklaret af Peter Higgs.
Den såkaldte "Mexican Hat Potential"
Spørgsmål og svar
Sp: Hvad er Higgs-feltet?
A: Higgs-feltet er et energifelt, som menes at eksistere i alle områder af universet.
Spørgsmål: Hvad er den fundamentale partikel, der er forbundet med Higgs-feltet?
Svar: Den fundamentale partikel, der er forbundet med Higgs-feltet, er Higgsbosonen.
Spørgsmål: Hvad sker der, når partikler vekselvirker med Higgs-feltet?
Svar: Partikler, der vekselvirker med Higgs-feltet, "får" masse og bliver langsommere, når de passerer igennem det.
Spørgsmål: Genererer Higgs-feltet masse?
Svar: Nej, Higgs-feltet skaber ikke masse. Partikler får masse gennem deres vekselvirkning med Higgsbosonen.
Spørgsmål: Hvad er resultatet af, at en partikel får masse fra Higgs-feltet?
Svar: Resultatet af at en partikel får masse fra Higgs-feltet er, at dens evne til at bevæge sig med lysets hastighed forhindres.
Spørgsmål: Hvad ville der ske, hvis Higgs-feltet ikke fandtes?
Svar: Hvis Higgs-feltet ikke fandtes, ville partikler ikke have den masse, der er nødvendig for at tiltrække hinanden, og de ville flyde frit rundt med lysets hastighed.
Spørgsmål: Hvad er Higgs-effekten?
Svar: Higgs-effekten henviser til den proces, der giver masse til et objekt, og som opstår, når partikler passerer gennem Higgs-feltet og interagerer med Higgs-bosonen.
