Úvodní strana  >  Články  >  Ostatní  >  Usměvavý kostlivec Petera Higgse

Usměvavý kostlivec Petera Higgse

Hledání kostlivce ve skříni. Autor: Jaroslav Vyskočil
Hledání kostlivce ve skříni.
Autor: Jaroslav Vyskočil
150 miliard korun, to je přibližná hodnota, kterou je lidstvo ochotno zaplatit za hledání kostlivce ve skříni. Tolik stálo vybudování urychlovače LHC. Zařízení, které by mělo pomoci doplnit standardní model a podat nám odpovědi na některé z mnohých otázek. Pojďme se tedy podívat na tu část mozaiky, která ještě ve standardním modelu není.

Jak to všechno začalo?

Urychlování částic. Autor: Atlas Experiment
Urychlování částic.
Autor: Atlas Experiment
Fyzikům trvalo dlouhou dobu, než se jim podařilo správně pochopit a popsat elektrické a magnetické jevy. Na konci 19. století J. C. Maxwell (ale nejen on!) svázal elektrické a magnetické silokřivky dohromady a vytvořil tak rovnice popisující elektřinu i magnetismus dohromady - tzv. klasickou elektrodynamiku. Příslušné rovnice se dnes nazývají Maxwellovy rovnice. Elektromagnetická interakce je dnes dobře popsána tzv. elektrodynamikou (ať již z pohledu kvantové fyziky či teorie relativity). Většina sil v našem životě jsou právě projevem této interakce. Částice (tzv. výměnná částice), která tuto interakci zprostředkovává, se nazývá foton.

Další důležitou interakcí v našem vesmíru je interakce slabá. Pojmenování slabá je vskutku oprávněné, protože její dosah je skutečně velmi malý (cca 10-18 m). Její síla je asi 1013 krát slabší, než síla silné interakce (např. drží pohromadě nukleony - konkrétně jejich kvarky z nichž se skládají - v jádrech atomů). Slabá interakce je známá tím, že je zodpovědná za některé radioaktivní rozpady jader. Poprvé byla pozorována při β rozpadu neutronu. Částice, které tuto interakci zprostředkovávají, se nazývají intermediální bosony W+, W- a Z0.

Fyzikové se dlouhá léta snaží spojit všechny známé interakce (kromě dvou zmíněných mezi ně patří ještě silná jaderná interakce a gravitační interakce). Ale jak to tak bývá, vše se musí dělat postupně. V roce 1968 byla formulována teorie, která sjednocuje (dovoluje jednotný popis) elektromagnetickou a slabou interakci. Toto sjednocení nazýváme elektroslabou interakcí. Za tuto práci byla později v roce 1979 udělena Nobelova cena za fyziku.

Kde je hmotnost?

Kde je však ten kostlivec? Elektroslabé sjednocení velice dobře předpovídá existenci fotonu (zprostředkovává elmg. interakci) a třech dalších výměnných částic - intermediálních bosonů W+, W- a Z0 (zprostředkovávají slabou interakci). Intermediální bosony byly posléze objeveny na urychlovači částic v CERNu.

A nyní kostlivec! Podle elektroslabé interakce vycházejí hmotnosti všech výše zmíněných výměnných částic jako nulové. Ale nulovou hmotnost může mít pouze foton (souvisí to např. s nekonečným dosahem elektromagnetické interakce). Bosony W+, W- a Z0 hmotnost mít musejí (jejich dosah je konečný). Dochází zde tedy k narušení symetrie, fyzikové tento jev nazývají jako spontánní narušení. Ale kdo ji narušuje? No přeci náš usměvavý kostlivec: Higgsovo pole nebo příslušné částice - Higgsovy bosony. A toto je důvod k velkému hledání po všech skříních. Obraťme tedy oči do skříní v CERNu.

Prohledávání skříní

LHC v CERNu. Autor: Jaroslav Vyskočil
LHC v CERNu.
Autor: Jaroslav Vyskočil
Obří urychlovač LHC (velký hadronový srážeč) ve středisku jaderného výzkumu v CERNu by měl fyzikům pomoci v hledání. Higgsův boson je částice elektricky neutrální a zároveň dosti nestabilní (rozpadá se za nepředstavitelně krátký čas cca 10-21 sekundy). Je zřejmé, že jeho přímé pozorování nebude možné. Jeho existence se dá prokázat pouze studiem částic, na něž se rozpadá. Možností rozpadu je více. Higgsův boson se může rozpadat např. na dva γ fotony nebo na pár těžkých leptonů, atd. Očekává se, že hmotnost Higgsova bosonu je 126 GeV. Při hledání fyzikové vycházejí ze srážek dvou protonů, při níž vznikají dva fotony. Změří se jejich energie a vypočítá se tzv. invariantní hmotnost obou fotonů. Tato hodnota hmotnosti se poté hledá v grafickém vyjádření experimentálně naměřených dat.

Pokud Higgsův boson skutečně existuje, jsou fyzikové pravděpodobně u té správné skříně. Ovšem pouze za předpokladu, že usměvavý kostlivec skutečně existuje. Standardní model (teorie, která popisuje základní interakce) Higgsovu částici nutně potřebuje ke své celistvosti. To však neznamená, že po jeho objevu budou náhle objasněny všechny otazníky z této problematiky.

Určitá část fyzikální veřejnosti se domnívá, že tento směr není správný (Higgsovo pole se jim zdá moc jednoduchým vysvětlením) a zastávají představy supersymetrických teorií, kde ke každé částici existuje tzv. superpartner (k elektronu - selektron, k fotonu - fotíno, atd.). Jiní fyzikové vidí východisko v teorii strun a n-rozměrném vesmíru, kde jsou zbylé rozměry svinuty do mikroskopických variet.

Toto vše jsou možnosti pro fyzikální popis vesmíru, dokud nebude Higgsova částice nalezena, či nahrazena něčím průkazně jiným. Do té doby se před námi bude rozesmátý kostlivec skrývat. Nebo že by ta skříň byla odjakživa prázdná?




O autorovi

Jaroslav Vyskočil

Autor je astronom amatér. Narozen roku 1985 v Jilemnici, od základní školy se věnuje astronomii, později přibyly další přírodovědné obory. Vyučen autoelektrikářem, maturita ekonomického zaměření, poté vystudoval fyziku a chemii na TU v Liberci. V současné době vyučuje na ZŠ v Liberci a studuje postgraduálně fyziku na UHK. V rámci studia se zabývá astronomií a astrofyzikou, kvantovou a relativistickou fyzikou a její popularizací. Mimo jiné rád čte klasickou literaturu, nakupuje a diskutuje se svými přáteli.

Štítky: Higgsův boson, LHC, CERN


25. vesmírný týden 2017

25. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 19. 6. do 25. 6. 2017. Měsíc je na ranní obloze a bude v novu. Očekáváme denní zákryt Aldebaranu a Hyád. Večer je vidět Jupiter, Saturn je na obloze celou noc. Ráno je nízko na východě jasná Venuše. Aktivita Slunce je nízká. Z jasnějších komet doporučujeme C/2015 V2 (Johnson). Vyhlížíme noční svítící oblaka. SpaceX plánuje hned dva starty Falconu 9. Očekáváme také jeden ruský a indický start. Rubrika 100 Pozorování ke 100 letům ČAS přináší upozornění na letní slunovrat, noční svítící oblaka a podrobnosti k zákrytu Aldebaranu Měsícem.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Příběh Orionu po 84 letech

Je mrazivá zimní noc roku 1933. Na zahradě rodinného domku na okraji Hradce Králové stojí za téměř úplné tmy u dalekohledu muž. Svou typickou „rádiovku“ vyměnil tentokrát za kulicha a dokončuje poslední otáčku kličkou. Pohon dalekohledu se zastaví, expozice končí. Muž točil kličkou bez ustání více

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

C/2015 V2 Johnson

Canon 400D; komora J.Drbohlav; 5 x 150s

Další informace »