Fyzika, Higgsův boson

Higgsovo pole a poslední chybějící článek standardního modelu částicové fyziky

Ohlášení objevu Higgsova bosonu dne 4. července 2012 vyvolalo značnou odezvu v tisku. Již to naznačuje, že Higgsův boson je významným milníkem fyziky. Higgsův boson byl totiž posledním chybějícím článkem standardního modelu částicové fyziky, fundamentem, jenž má zásadní vliv na podobu našeho vesmíru a díky kterému částice nabývají svou hmotnost.

Existenci Higgsova bosonu předpověděl již v roce 1964 Peter Higgs, po kterém byla částice nakonec pojmenována. Možná ne zcela právem, neboť samotný P. Higgs uvedl, že článek, ve kterém navrhl mechanismus působení tehdy ještě neznámého bosonu, vycházela z prací řady jiných fyziků.

Higgsovo pole

Higgs přemýšlel nad tím, kde se bere hmotnost částic a proč některé z intermediálních částic, jako foton a gluony, mají nulovou klidovou hmotnost a jiné, jako např. bosony, naopak vysokou klidovou hmotnost. Na základě svých úvah navrhl existenci silového pole, tzv. Higgsova pole, které svým působením zpomaluje rychlost polních částic a je schopno přenášet částice nazvané Higgsovy bosony.

Čtěte také: Mezon, středně těžká a nestabilní elementární částice

Mechanismus působení Higgsova pole je vysvětlován řadou konstruktů. Představte si například kamínek, který bude padat ve sklenici. Bude-li kamínek padat ve sklenici naplněné vodou, bude jeho pád mnohem pomalejší a delší, než když bude sklenice prázdná a kamínek bude padat vzduchem. A což teprve, když vodu nahradíte hustým sirupem. V těchto prostředích se zdá, že kamínek má mnohem větší hmotnost a gravitaci trvá dále, než náš oblázek sklenicí (Higgsovým polem) propasíruje. Tak podobně asi působí Higgsovo pole na bosony W a Z. Mnohem silněji, než na fotony. Proto se jeví těžší.

Higgsův boson byl nalezen díky neobyčejně výkonnému hadronovému urychlovači LHC (Large Hadron Collider) v CERNu. Přesněji řečeno byly objeveny spršky částic, které měly rozpadem Higgsova bosonu vzniknout. Higgsův boson má totiž neobyčejně krátký poločas rozpadu, jenž činí řádově asi jen 10^-21 s. Objev byl následně potvrzen 14. března 2013 na základě dalších experimentů na detektorech ATLAS a CMS v CERNu.

Nebylo proto žádným překvapením, když profesoři F. Englert a P. Higgs byli ještě téhož roku navrženi na udělení Nobelovy ceny za fyziku. Tu, za teoretické vysvětlení mechanismu, který přispívá k porozumění původu hmoty subatomárních částic, nakonec 8. října 2013 obdrželi.

Jaké vlastnosti má Higgsův boson?

Higgsův boson je opravdu exotická částice. Částice s velice krátkým poločasem rozpadu a vysokou hmotností. Higgsův boson má následující vlastnosti:

• je bez elektrického náboje
• má nulový spin
• klidová hmotnost se pohybuje v rozmezí 125 - 126 GeV, což je asi 133× více, než klidová hmotnost protonu
• poločas rozpadu činí asi 10^-21 s

Podle dosavadních zjištění se Higgsův boson rozpadá na dva jiné bosony, tedy částice s celočíselným spinem i na dva fermiony, částice s poločíselným spinem. Higgsův boson se podle týmu kolem detektoru ATLAS může rozpadat i na dva tauony, které se samy dále rozpadají a vytvářejí pár elektron - mion.

Celkem se Higgsův boson může rozpadat prostřednictvím čtyř módů. Tři cesty vedou k rozpadu na částice jiného pole (foton, bosony W a Z), jedna (tauony), zdá se, vede k transformaci Higgsova pole na základní částice látky. Higgsův boson tak může dodávat hmotnost nejen bosonům, ale i fermionům. Standardní model rovněž předpovídá rozpad Higgsova bosonu na dva kvarky bottom. Ten však dosud pozorován nebyl.

Elementární částice baryony bosony fermiony gluony hadrony hyperony kvarky leptony mezony elektron foton Higgsův boson kaon mion neutrino neutron pion pozitron proton tauon

Použité zdroje

• Proč Higgsův boson nemusel existovat a proč jsme rádi, že existuje
• J. Chýla: Je to opravdu on, Higgsův boson, Čs. čas. fyz. 63, 208, 2013/4
• Probing Higgs boson production properties
• Joanne Bakerová: Vesmír. 50 myšlenek, které musíte znát, Slovart 2016
• Englert and Higgs get the Nobel
• Higgsův boson

Další související články: