WAT IS HET HIGGS-BOSON?

Send

Waarover horen we steeds weer - het Higgs-boson, en waarom is het belangrijk?

Er wordt gezegd dat lesgeven de beste manier is om te leren. En als ik dit goed doe, misschien, heel misschien, zal ik het tegen het einde van de aflevering een beetje beter begrijpen.

Ik wil graag duidelijk zijn dat deze video is voor de persoon wiens ogen elke keer glazig worden als je de term Higgs-deeltje hoort. Je weet dat het een soort deeltje is, Nobelprijs, massa, blabla. Maar je begrijpt niet echt wat het is en waarom het belangrijk is.

Laten we eerst beginnen met het standaardmodel. Dit zijn in wezen de wetten van de deeltjesfysica zoals wetenschappers ze begrijpen. Ze leggen alle zaken en krachten uit die we overal om ons heen zien. Welnu, de meeste zaken zijn er een paar grote mysteries, die we zullen bespreken naarmate we hier dieper op ingaan.

Maar het belangrijkste om te begrijpen is dat er twee hoofdcategorieën zijn: de fermionen en de bosonen.

Fermionen zijn materie. Er zijn de protonen en neutronen die bestaan uit quarks en er zijn de leptonen die ondeelbaar zijn, zoals elektronen en neutrino's. Met mij tot nu toe? Alles wat je kunt aanraken zijn deze fermionen.

De bosonen zijn de deeltjes die de krachten van het heelal communiceren. Degene die je waarschijnlijk kent, is het foton, dat de elektromagnetische kracht communiceert. Dan is er het gluon, dat de sterke kernkracht communiceert en de W- en Z-bosonen die de zwakke kernkracht communiceren.

Mysterie nummer 1, zwaartekracht. Hoewel het een van de fundamentele krachten van het universum is, heeft niemand een bosondeeltje ontdekt dat deze kracht communiceert. Dus, als je op zoek bent naar een Nobelprijs, zoek dan een zwaartekrachtboson en het is van jou. Bewijs dat zwaartekracht geen boson heeft en je kunt ook een Nobelprijs krijgen. Hoe dan ook, er zit een Nobelprijs in voor jou.

Nogmaals, dit is het standaardmodel en het beschrijft nauwkeurig de natuurwetten zoals we ze om ons heen zien.

Een van de grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde was het concept van massa. Waarom heeft iets überhaupt massa of traagheid? Waarom bepaalt de hoeveelheid fysieke 'dingen' in een object hoe gemakkelijk het is om in beweging te komen of hoe moeilijk het is om het te laten stoppen?

In de jaren zestig voorspelde natuurkundige Peter Higgs dat er een soort veld moet zijn dat de hele ruimte doordringt en interageert met materie, een beetje zoals een vis die door water zwemt. Hoe meer massa een object heeft, hoe meer interactie het heeft met dit Higgs-veld.

En net als de andere fundamentele krachten in het heelal, zou het Higgs-veld een corresponderend boson moeten hebben om de kracht over te brengen - dit is het Higgs-boson.

Het veld zelf is niet detecteerbaar, maar als je op de een of andere manier de overeenkomstige Higgs-deeltjes zou kunnen detecteren, zou je het bestaan van het veld kunnen aannemen.

En hier komt de Large Hadron Collider binnen. De taak van een deeltjesversneller is om energie om te zetten in materie, via de formule e = mc2. Door deeltjes - zoals protonen - te versnellen tot enorme snelheden, geven ze ze een enorme hoeveelheid kinetische energie. In feite verplaatst de LHC in zijn huidige configuratie protonen naar 0.999999991c, wat ongeveer 10 km / u langzamer is dan de lichtsnelheid.

Wanneer in tegengestelde richting bewegende deeltjesbundels tegen elkaar botsen, concentreert het een enorme hoeveelheid energie in een klein volume van de ruimte. Deze energie moet ergens heen, dus het bevriest als materie (bedankt Einstein). Hoe meer energie je kunt botsen, hoe meer massieve deeltjes je kunt maken.

En dus, in 2013, stelde de LHC natuurkundigen in staat om eindelijk de aanwezigheid van het Higgs-boson te bevestigen door de energie van de botsingen precies op het juiste niveau af te stemmen en vervolgens de cascade van deeltjes te detecteren die optreden wanneer Higgs-bosonen vervallen.

Omdat de juiste deeltjes worden gedetecteerd, kun je aannemen dat het Higgs-deeltje aanwezig is, en daardoor kun je aannemen dat het Higgs-veld aanwezig is. Nobelprijzen voor iedereen.

Ik zei dat er nog een paar mysteries over waren; de zwaartekracht was er natuurlijk één, maar er zijn er nog een paar. De realiteit is dat natuurkundigen nu weten dat de materie die ik beschreef eigenlijk maar een fractie is van het hele universum. Kosmologen schatten dat slechts 4% van het heelal de normale baryonische materie is die we kennen.

Nog eens 23% is donkere materie en nog eens 73% is donkere energie. Er zijn dus nog genoeg mysteries om natuurkundigen jarenlang bezig te houden.

En dus, in 2013, dook de Large Hadron Collider eindelijk het deeltje op dat natuurkundigen al 50 jaar hadden voorspeld. Het laatste stuk van het standaardmodel bleek eindelijk te bestaan en we zijn dichter bij het begrijpen wat 4% van het universum is. De andere 96% (oh en zwaartekracht) zijn nog steeds een totaal mysterie.

Fysici verhogen de LHC naar steeds hogere energieniveaus, zoeken naar andere deeltjes, begrijpen donkere materie en kijken of ze microscopisch kleine zwarte gaten kunnen genereren. Dit machtige instrument heeft nog veel meer wetenschap te onthullen, dus houd het in de gaten.

Dat is het Higgs-boson in een notendop. Laat me weten of er andere concepten in de deeltjesfysica zijn waarover je zou willen praten. Zet uw ideeën in de onderstaande opmerkingen.