Wyjaśnienie pola Higgsa - Don Lincoln

Zobacz pełną wersję: http://ed.ted.com/lessons/the-higgs-field-explained-don-lincoln

Jednym z najważniejszych odkryć naukowych początku XXI wieku jest z całą pewnością bozon Higgsa. Jednak zarówno sam bozon, jak i pole Higgsa, które umożliwia istnienie tej magicznej cząstki, są niezwykle trudne do uchwycenia. Don Lincoln wykorzystuje analogię, którą każdy z nas jest w stanie zrozumieć, z udziałem wielkiego przyjęcia, hałaśliwej grupy fizyków i Petera Higgsa we własnej osobie.

Lekcja: Don Lincoln, animacja: Powerhouse Animation Studios Inc.

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.

Powtórzmy: masa zostaje nadana
przez interakcje z polem.

Podsumujmy: cząstka zyskuje
większą lub mniejszą masę

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,

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.