Osnove Higgsova bozona - Dave Barney i Steve Goldfarb

Pogledajte cijelu lekciju na: http://ed.ted.com/lessons/the-basics-of-boson-dave-barney-and-steve-goldfarb

2012. godine, znanstvenici iz CERN-a otkrili su dokaz postojanja Higgsova bozona. Čega? Higgsov bozon jedna je od dvije vrste elementarnih čestica i posebna je prekretnica na području fizike čestica jer dokazuje kako čestice dobivaju masu. Koristeći se Sokratovom metodom, CERN-ovi znanstvenici Dave Barney i Steve Goldfarb objašnjavaju koje bi uzbudljive posljedice moglo imati otkriće Higgsova bozona.

Lekcija: Dave Barney i Steve Goldfarb, animacija: Jeanette Nørgaard.

I, dva tipa uđu u bar.

Stvarno?

Ne, ozbiljno.

Dva tipa uđu u bar,

zapravo, u sladoledarnicu:

fizičar Dave, koji radi
na Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u,

Europskom laboratoriju za fiziku čestica,

i pjevač bluesa, Steve.

„Dave, što ima?”

„Steve, baš mi je drago što te vidim!”

„Dvije kuglice čokolade
s bademima, molim.”

„Frape od vanilije.”

„Hej, baš sam vidio nešto
o sudaraču na televiziji.

Vaši su detektori pronašli nekog Bozu?”

„Pa, ne baš.

Pronašli smo bozon,

vjerojatno Higgsov bozon.”

„Što je to?”

„To je čestica.”

„Zar ne pronalazite stalno čestice?”

„Da, ali ova znači

da Higgsovo polje možda zaista postoji.”

„Polje? Kakvo polje?”

„Higgsovo polje.

Dobilo je ime po Peteru Higgsu,

iako su mnogi doprinijeli toj ideji.

Nije to polje kao što je
ono za uzgajanje kukuruza,

već hipotetsko nevidljivo polje sile

koje prožima cijeli svemir.”

„A, tako...

Ako prožima cijeli svemir,

kako to da ga nikad nisam vidio?

To je pomalo čudno.”

„Pa nije baš tako čudno.

Pomisli na zrak oko nas.

Ne vidimo ga i nema mirisa.

Dobro, možda ponekad ima.

No, možemo otkriti njegovu prisutnost
pomoću sofisticirane opreme,

npr. vlastitog tijela.

Dakle, to što nešto ne možemo vidjeti,

samo znači da je malo teže odrediti

postoji li to ili ne.”

„U redu, nastavi.”

„Dakle, vjerujemo da je
Higgsovo polje svuda oko nas,

posvuda u svemiru.

A njegovo je djelovanje zaista posebno –

ono daje masu elementarnim česticama.”

„Što je elementarna čestica?”

„Elementarne čestice su

čestice koje nemaju strukturu

i ne mogu se dijeliti.

To su osnovne građevne jedinice svemira.”

„Mislio sam da su to atomi.”

„Pa, atomi se zapravo sastoje
od manjih dijelova:

protona, neutrona i elektrona.

Elektroni su osnovne čestice,

ali neutroni i protoni nisu.

Oni se sastoje od drugih osnovnih čestica,
koje se zovu kvarkovi.”

„Kao da pričaš o matrjoškama.

Ima li tome kraja?”

„To zapravo ne znamo,

no, naše trenutačno shvaćanje

naziva se „standardnim modelom”.

Prema njemu, postoje
dvije vrste osnovnih čestica:

fermioni, koji tvore materiju,

i bozoni, koji prenose sile.

Često razvrstavamo te čestice

prema njihovim svojstvima,
kao što je masa.

Možemo izmjeriti masu čestica,

ali nikad zapravo nismo znali
odakle ta masa potječe,

ili zašto je njihova masa
tolika kolika jest.

„I, kako to Higgsovo polje
objašnjava masu?”

„Pa, kad čestica prolazi kroz
Higgsovo polje,

u interakciji s poljem dobiva masu.

Što je interakcija veća, veća je i masa.”

„Recimo da shvaćam, ali je li to
stvarno tako važno?

Hoću reći, što bi bilo
da nema Higgsova polja?”

„Da nema Higgsova polja,

ne bi bilo ni svijeta.

Ne bi bilo zvijezda, planeta,
zraka, ničega,

čak ni te žlice
ili sladoleda koji jedeš.”

„Uh, to ne bi bilo dobro.

U redu, ali kako se u to uklapa
taj Higgsov bozon?”

„Dobro, vidiš li trešnju u mojem frapeu?”

„Mogu li je dobiti?”

„Ne, još ne. Prvo ćemo je
iskoristiti za usporedbu.”

„Aha, znam, trešnja je Higgsov bozon.”

„Ne baš.

Trešnja je čestica koja se kreće
kroz Higgsovo polje, frape.

Frape daje trešnji masu.”

„Shvaćam. Dakle, molekule frapea
su Higgsovi bozoni!”

„Pa, sve si bliže.

Potrebna je ekscitacija Higgsova polja

da bi se proizveo Higgsov bozon.

Tako, na primjer, ako dodam energiju,

recimo, ubacivanjem
ove trešnje u frape...”

„Onda bi kapi prolivene po šanku

bile Higgsovi bozoni.”

„Skoro! Samo prskanje je Higgsov bozon.”

„Ti to ozbiljno?”

„Pa, tome nas uči kvantna mehanika.

Zapravo, sve su čestice
ekscitacije polja.”

„U redu. Donekle razumijem
zašto ti se sviđa fizika čestica,

prilično je fora.

Čudna, ali fora.”

„Da, moglo bi se reći da je pomalo čudna,

nije svakodnevna.

Higgsov bozon ekscitacija
je Higgsova polja.

Zahvaljujući pronalasku Higgsova bozona,

znamo da Higgsovo polje postoji.”

„Dobro. Sad kad ste ga pronašli,

znamo da to Higgsovo polje postoji.

Znači, to je to?

Je li to cijela fizika čestica?

„Zapravo, to je tek početak.

Znaš, to je pomalo kao
kad je Kolumbo mislio

da je pronašao novi put do Indije.

Doista je pronašao nešto novo,

ali ne baš ono što je očekivao.

Tako da prvo moramo potvrditi
da je pronađeni bozon

zaista Higssov bozon.

Čini se da jest, ali moramo izmjeriti

njegova svojstva da bismo bili sigurni.”

„Kako ćete to učiniti?”

„Prikupit ćemo još mnogo podataka.

Ovaj novi bozon živi samo vrlo kratko,

prije nego se razbije ili raspadne

na lakše, stabilnije čestice.

Mjerenjem tih čestica

učimo o svojstvima bozona.”

„A što točno tražite?”

„Pa, standardni model
predviđa koliko često

i na koji bi se način
Higgsov bozon raspadao

na razne lakše čestice.

Dakle, želimo provjeriti je li
čestica koju smo pronašli,

ona koju predviđa standardni model,

ili se uklapa u druge teorijske modele.”

„A ako se uklapa u neki drugi model?”

„To bi bilo još uzbudljivije!

U stvari, tako znanost napreduje.

Stare modele zamjenjujemo novima

ako oni bolje objašnjavaju naša zapažanja.

„Dobro, dakle, čini se da
pronalazak tog Higgsova bozona

usmjerava istraživanje,

pomalo kao kad se taj Kolumbo
uputio prema zapadu.”

„Upravo tako! I to je doista tek početak.”