Bez wątpienia
najbardziej ekscytującą obserwacją naukową 2012 roku
było odkrycie nowej cząstki,
dokonane w laboratorium CERN,
która być może jest bozonem Higgsa,
nazwaną na cześć fizyka Petera Higgsa.
Uważa się, że pole Higgsa nadaje masę
subatomowym cząstkom elementarnym,
takim jak kwarki
i leptony,
z których składa się zwykła materia.
Bozony Higgsa są drganiami w obrębie tego pola,
jak wybrzuszenia, które widzisz
kiedy szarpiesz liną.
Jak pole nadaje masę cząstkom?
Jeśli wydaje ci się to niezbyt zrozumiałe,
nie jesteś sam.
W 1993 r. brytyjski minister Nauki
rzucił wyzwanie fizykom, by znaleźli prosty sposób
wytłumaczenia tej całej kwestii Higgsa.
Nagrodą była butelka dobrego szampana.
Wyjaśnienie, które wygrało, brzmiało mniej więcej tak:
Wyobraź sobie duże przyjęcie
w laboratorium CERN,
na które przyszło mnóstwo badaczy zajmujących się fizyką cząsteczkową.
Ten tłum fizyków to pole Higgsa.
Gdyby dołączył do nich nagle poborca podatkowy,
nikt nie chciałby z nim rozmawiać
i łatwo mógłby przejść przez całą salę
i dotrzeć do baru.
Poborca podatkowy nie reagowałby z uczestnikami przyjęcia
w bardzo podobny sposób,
w jaki niektóre cząstki nie reagują z polem Higgsa.
Cząstki, które tego nie robią,
jak na przykład fotony,
nazywamy bezmasowymi.
Teraz załóżmy, że do sali wchodzi Peter Higgs,
prawdopodobnie chcąc kupić piwo.
W tym przypadku fizycy
natychmiast zaczynają tłoczyć się wokół Higgsa,
żeby omówić z nim
swoje próby zmierzenia właściwości
bozonu nazwanego jego imieniem.
Ze względu na silną interakcję z tłumem
Higgs przemierza salę powoli.
Kontynuując naszą analogię,
Higgs będzie cząstką masową
ze względu na interakcje z polem.
Jeśli na tym polega pole Higgsa,
to jak mają się do tego bozony Higgsa?
Przyjmijmy, że uczestnicy przyjęcia
są jednolicie rozmieszczeni po całej sali.
Teraz wyobraź sobie, że ktoś wtyka głowę
i ogłasza plotkę o nowym odkryciu
w jakimś innym, konkurencyjnym laboratorium.
Ludzie blisko drzwi usłyszą plotkę,
ale ci daleko od drzwi już nie,
więc zaczną podchodzić bliżej.
Przez to stłoczą się w jednym miejscu.
Gdy usłyszą już plotkę,
wrócą na poprzednie miejsce,
żeby przedyskutować jej następstwa,
ale osoby stojące dalej zaczną pytać, co się dzieje.
Efektem będzie natłok osób w kolejnych miejscach,
coraz dalej od drzwi.
Właśnie taki natłok jest analogią dla bozona Higgsa.
Trzeba pamiętać,
że to nie cząstki masowe
reagują więcej z polem Higgsa.
W naszej analogii z przyjęciem
wszystkie cząstki są równe do wejścia na salę.
Peter Higgs i poborca podatkowy mają zerową masę.
To interakcja z uczestnikami przyjęcia sprawia,
że zyskują masę.
Powtórzmy: masa zostaje nadana przez interakcje z polem.
Podsumujmy: cząstka zyskuje większą lub mniejszą masę
w zależności od tego, jak reaguje z polem
tak, jak różni ludzie przemieszczają się na przyjęciu
z różną prędkością, zależnie popularności.
Bozon Higgsa to zagęszczenie w ramach pola,
tak jak plotka, która krąży po sali.
Oczywiście, analogia jest tylko analogią,
ale to najlepsza analogia,
jaką dotąd wymyślono.
I to już wszystko.
O to właśnie chodzi w polu Higgsa
i w bozonie Higgsa.
Dalsze badania stwierdzą, czy go znaleźliśmy
i nagroda będzie pewnie wyższa
niż butelka szampana.