Το πεδίο Higgs είναι το θεωρητικό πεδίο ενέργειας που διαπερνά το σύμπαν, σύμφωνα με τη θεωρία που τέθηκε το 1964 από τον σκωτσέζο θεωρητικό φυσικό Peter Higgs. Ο Higgs πρότεινε το πεδίο ως μια πιθανή εξήγηση για το πώς κατέστησαν τα θεμελιώδη σωματίδια του σύμπαντος μάζα, επειδή στη δεκαετία του 1960 το Τυπικό Μοντέλο Κβαντικής Φυσικής δεν μπόρεσε πραγματικά να εξηγήσει το λόγο για την ίδια τη μάζα. Πρότεινε ότι αυτό το πεδίο υπήρχε σε όλο το διάστημα και ότι τα σωματίδια κέρδισαν τη μάζα τους αλληλεπιδρώντας με αυτό.
Ανακάλυψη του πεδίου Higgs
Αν και αρχικά δεν υπήρχε πειραματική επιβεβαίωση για τη θεωρία, με την πάροδο του χρόνου ήρθε να δει ως τη μόνη εξήγηση για μάζα που θεωρήθηκε ευρέως ότι συμφωνεί με το υπόλοιπο πρότυπο Μοντέλο. Όσο περίεργο φαίνεται, ο μηχανισμός Higgs (όπως κάποτε ονομαζόταν το πεδίο Higgs) ήταν γενικά αποδεκτός ευρέως μεταξύ των φυσικών, μαζί με το υπόλοιπο πρότυπο μοντέλο.
Μια συνέπεια της θεωρίας ήταν ότι το πεδίο Higgs θα μπορούσε να εκδηλωθεί ως σωματίδιο, πολύ με τον τρόπο που άλλα πεδία της κβαντικής φυσικής εκδηλώνονται ως σωματίδια. Αυτό το σωματίδιο ονομάζεται μποζόνιο Higgs. Η ανίχνευση του μποζονίου Higgs έγινε ένας βασικός στόχος της πειραματικής φυσικής, αλλά το πρόβλημα είναι ότι η θεωρία δεν προέβλεπε στην πραγματικότητα τη μάζα του μποζονίου Higgs. Αν προκάλεσε συγκρούσεις σωματιδίων σε ένα επιταχυντή σωματιδίων με αρκετή ενέργεια, το μποζόνιο Higgs θα πρέπει να εκδηλωθεί, αλλά χωρίς να γνωρίζουν τη μάζα που αναζητούσαν, οι φυσικοί δεν ήταν σίγουροι πόση ενέργεια θα χρειαζόταν να εισέλθουν συγκρούσεις.
Μία από τις ελπίδες οδήγησης ήταν ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) θα είχε αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσει το Higgs bosons πειραματικά, δεδομένου ότι ήταν πιο ισχυρό από οποιονδήποτε άλλο επιταχυντή σωματιδίων που είχαν κατασκευαστεί πριν. Στις 4 Ιουλίου 2012, οι φυσικοί του LHC ανακοίνωσαν ότι βρήκαν πειραματικά αποτελέσματα σύμφωνα με το μποζόνιο Higgs, παρόλο που απαιτούνται περαιτέρω παρατηρήσεις για να επιβεβαιωθεί αυτό και να καθοριστούν οι διάφορες φυσικές ιδιότητες του Higgs μποζόν. Τα αποδεικτικά στοιχεία προς στήριξη αυτού του γεγονότος έχουν αυξηθεί στο βαθμό που το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2013 απονεμήθηκε στον Peter Higgs και τον Francois Englert. Καθώς οι φυσικοί καθορίζουν τις ιδιότητες του μποζόνιο Higgs, θα τους βοηθήσει να κατανοήσουν καλύτερα τις φυσικές ιδιότητες του ίδιου του τομέα Higgs.
Brian Greene στο πεδίο Higgs
Μία από τις καλύτερες εξηγήσεις του πεδίου Higgs είναι αυτή από τον Brian Greene, που παρουσιάστηκε στο επεισόδιο της PBS στις 9 Ιουλίου, Εκθεση Charlie Rose, όταν εμφανίστηκε στο πρόγραμμα με τον πειραματικό φυσικό Michael Tufts για να συζητήσει την ανακοινωθείσα ανακάλυψη του μποζονίου Higgs:
Η μάζα είναι η αντίσταση που προσφέρει ένα αντικείμενο στην αλλαγή της ταχύτητάς του. Παίρνετε ένα μπέιζμπολ. Όταν το ρίχνετε, το χέρι σας αισθάνεται αντίσταση. Μια βολή, αισθάνεσαι αυτή την αντίσταση. Ο ίδιος τρόπος για τα σωματίδια. Από πού προέρχεται η αντίσταση; Και η θεωρία προτάθηκε ότι ίσως ο χώρος ήταν γεμάτος με ένα αόρατο "υλικό", ένα αόρατο μελάσα-όπως "πράγματα", και όταν τα σωματίδια προσπαθούν να κινηθούν μέσα από τις μελάσες, αισθάνονται αντίσταση, α κολλώδες. Είναι αυτή η κολλητικότητα που είναι όπου προέρχεται η μάζα τους... Αυτό δημιουργεί τη μάζα ...
... είναι ένα αόρατο αόρατο υλικό. Δεν το βλέπετε. Πρέπει να βρούμε κάποιον τρόπο για να το αποκτήσετε πρόσβαση. Και η πρόταση, η οποία τώρα φαίνεται να αποδίδει καρπούς, είναι εάν χτυπάτε πρωτόνια μαζί, άλλα σωματίδια, σε πολύ, πολύ υψηλές ταχύτητες, κάτι που συμβαίνει στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων... χτυπάτε τα σωματίδια μαζί σε πολύ υψηλές ταχύτητες, μπορείτε μερικές φορές να τσαλακώνετε τη μελάσα και μερικές φορές να πετάξετε έξω ένα μικρό κομμάτι της μελάσας, το οποίο θα ήταν σωματίδιο Higgs. Έτσι, οι άνθρωποι έψαχναν εκείνο το μικρό κομμάτι σωματιδίου και τώρα φαίνεται πως βρέθηκε.
Το μέλλον του πεδίου Higgs
Εάν τα αποτελέσματα από το LHC βγαίνουν έξω, τότε καθώς καθορίζουμε τη φύση του πεδίου Higgs, θα έχουμε μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα του πώς η κβαντική φυσική εκδηλώνεται στο σύμπαν μας. Συγκεκριμένα, θα αποκτήσουμε καλύτερη κατανόηση της μάζας, η οποία με τη σειρά της θα μας δώσει μια καλύτερη κατανόηση της βαρύτητας. Επί του παρόντος, το πρότυπο μοντέλο της κβαντικής φυσικής δεν λαμβάνει υπόψη την βαρύτητα (αν και εξηγεί πλήρως το άλλοθεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής). Αυτή η πειραματική καθοδήγηση μπορεί να βοηθήσει τους θεωρητικούς φυσικούς να ακούνε σε μια θεωρία του κβαντική βαρύτητα που ισχύει για το σύμπαν μας.
Μπορεί ακόμη και να βοηθήσει τους φυσικούς να κατανοήσουν τη μυστηριώδη ύλη στο σύμπαν μας, που ονομάζεται σκοτεινή ύλη, που δεν μπορεί να παρατηρηθεί παρά μόνο μέσω της βαρυτικής επιρροής. Ή, ενδεχομένως, μια καλύτερη κατανόηση του πεδίου Higgs μπορεί να δώσει κάποια στοιχεία για την αρνητική βαρύτητα που αποδείχθηκε από το σκοτεινή ενέργεια που φαίνεται να διαπερνά το παρατηρούμενο σύμπαν μας.