Základy Higgsova bosonuTED-Ed
V roce 2012 objevili vědci v CERNu důkazy o Higgsově bosonu. Čehože? Higgsův boson je jedním ze dvou druhů elementárních částic a je důležitou součástí částicové fyziky, protože dokazuje, jak částice dostávají svou hmotnost. A právě vědci z CERNu Dave Barney a Steve Goldfarb odhalují sokratovskou metodou jeho vzrušující tajemství.
Vysvětlivky:
Excitace (vybuzení) – proces, kdy dochází k přechodu energetického stavu atomu, molekuly nebo iontu na vyšší energetickou hladinu.
HLUBŠÍ ZAMYŠLENÍ S TED-ED:
Výběr zdrojů pro lepší pochopení objevu Higgsova bosonu a jeho významu:
Webové stránky ATLAS, CMS a CERN obsahují rozsáhlou kolekci materiálů týkajících se objevu, použité technologie a dalších kroků.
Sbírka vícejazyčných vzdělávacích a informačních materiálů IPPOG obsahuje například film, který ukazuje, jak by se vesmír lišil, kdyby byla hmotnost částic jiná.
V Physics Letters B od ATLAS a CMS byly publikovány dva články o pozorování nového bosonu o hmotnosti asi 125 GeV a přístupnější verze byla ke konci roku 2012 publikována ve Science Magazine
Něco z historie kolem vývoje Higgsova pole lze dohledat na veřejném semináři v CERNu od prof. Franka Close a v jeho knize „The Infinity Puzzle“.
Animace z PhD Comics: „Higgsův boson vysvětlen“, autor Jorge Cham.
Video od Sixty Symbols: „Rozpravy o Higgsově bosonu“
Animované video: „ATLAS Boogie“ vtipně popisuje proces hledání Higgsů skrze hudbu.
Výběr knih New York Times výběr o Higgsově bosonu:
- „Massive: The Missing Particle That Sparked the Greatest Hunt in Science,“ Ian Sample (Basic Books)
- „Higgs: The Invention and Discovery of the ‘God Particle,’ “ Jim Baggott (Oxford University Press)
- „Higgs Discovery: The Power of Empty Space,“ Lisa Randall (Bodley Head)
- „The Particle at the End of the Universe: How the Hunt for the Higgs Boson Leads Us to the Edge of a New World,“ Sean Carroll (Dutton)
- „The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?“ Leon Lederman with Dick Teresi (Delta)
- „The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality,“ Brian Greene (Vintage)
TED-Ed kvíz (odpovědi na konci kvízu):
1. Co z následujícího je elementární částicí?
a) proton
b) neutron
c) elektron
d) pion
2. Kde najdeme Higgsovo pole?
a) při vysokoenergetických srážkách ve Velkém hadronovém urychlovači
b) existovalo pouze na počátku Velkého třesku
c) nachází se všude ve vesmíru
3. Co je to Higgsův boson?
a) excitace Higgsova pole, která dokazuje jeho existenci
b) částice, které dávají hmotnost jiným částicím
c) třešnička v koktejlu
d) nositel silné síly
4. Co jsou to bosony?
a) částice, které nesou síly
b) částice, které tvoří hmotu
c) částice, které nemají hmotnost
d) částice, které jsou jen ve zmrzlině
5. Co kdyby neexistovalo žádné Higgsovo pole?
a) nic by se nezměnilo
b) hvězdy by měly kratší život
c) neexistovaly by žádné planety, hvězdy ani koktejly
ODPOVĚDI:
1c
2c
3b
4a
5c
Přepis titulků
- Prý jste v detektoru našli mozol. - Ne tak úplně. Našli jsme boson, dost možná Higgsův boson. - Co je to? - Částice. Nenacházíte je v jednom kuse? Ano, ale tahle by mohla potvrdit existenci Higgsova pole. - Pole? Jaké pole? - Higgsovo pole. Jmenuje se po Peteru Higgsovi, ale k myšlence přispěli mnozí. Není to žádné kukuřičné pole, ale hypotetické neviditelné silové pole, které je všude ve vesmíru.
Dobře… Pokud je všude ve vesmíru, proč ho nikde nevidím? - To je trochu divné. - No, zas tak divné to není. Vezmi si třeba vzduch, nevidíme ho ani necítíme – teda většinou – ale dokážeme detekovat jeho přítomnost pomocí sofistikovaného vybavení, třeba našimi těly. Takže když něco nevidíme, je těžké určit, jestli to tam vůbec je.
Jasně, pokračuj. Myslíme si, že Higgsovo pole je všude kolem nás, všude ve vesmíru. A dělá dost zvláštní věci. Dává hmotnost elementárním částicím. Co jsou to elementární částice? Elementární částice jsou částice, které nemají žádnou stavbu, nelze je rozdělit, jsou základními stavebními kameny vesmíru.
Nejsou to atomy? Atomy jsou ve skutečnosti tvořeny z menších složek. Protonů, neutronů a elektronů. Zatímco elektrony jsou elementární částice, neutrony a protony ne. Ty se skládají z elementárních částic zvaných kvarky. To mi připomíná matrjošky.
Má to vůbec konec? Tohle popravdě nevíme, ale našemu současnému chápání říkáme standardní model. Ten zahrnují dva druhy elementárních částic. Fermiony, které tvoří hmotu, a bosony, které nesou síly. Často tyto částice seřazujeme podle jejich vlastností, jako je hmotnost. Dokážeme změřit hmotnost těchto částic, ale nikdy jsme netušili, odkud ta hmotnost pochází, nebo proč mají částice danou hmotnost.
A jak vysvětluje hmotnost Higgsovo pole? Když částice projde Higgsovým polem, interaguje a získává hmotnost. Čím více interaguje, tím větší má hmotnost. Jasně, chápu, ale je to tak důležité? Co kdyby nebylo žádné Higgsovo pole? Kdyby nebylo Higgsovo pole, svět by vůbec neexistoval. Nebyly by žádné hvězdy, žádné planety, vzduch, nic.
Ani ta lžíce nebo zmrzlina, kterou jíš. No to snad ne. Dobře… Ale jak do toho zapadá Higgsův boson? Vidíš tu třešeň, co mám v šejku? - Dáš mi ji? - Ještě ne. Nejdřív ji použijeme jako analogii. Jasňačka, třešnička je Higgsův boson. Ne, ne tak úplně.
Třešnička je částice pohybující se Higgsovým polem, šejkem. Šejk dává třešničce hmotnost. Chápu, takže molekuly šejku jsou Higgsovy bosony. Přihořívá. K vytvoření Higgsova bosonu je zapotřebí excitace Higgsova pole. Kdybych chtěl dodat energii upuštěním třešničky do šejku… Takže ty kapky na baru jsou Higgsův boson. Skoro.
Samotný stříkanec je Higgsův boson. To jako vážně? Inu, tohle nám říká kvantová mechanika. Ve skutečnosti jsou všechny částice excitací polí. Jasně, chápu, proč se ti líbí částicová fyzika. Je dost hustá. Podivná, ale hustá. Ano, dá se říct, že je podivná. Není to běžná věc. Higgsův boson je excitací Higgsova pole.
Když jsme našli Higgsův boson, věděli jsme, že existuje i Higgsovo pole. Tak teď už jste ho našli. Víte, že Higgsovo pole existuje. Takže máte hotovo. Zbývá v částicové fyzice ještě něco? Ve skutečnosti jsme teprve začali. Je to jako když si Kolumbus myslel, že našel novou cestu do Indie. Opravdu našel něco nového, ale ne zrovna to, co čekal. Nejdříve musíme ověřit, že ten boson je ve skutečnosti Higgsův boson. Zdá se, že odpovídá, ale musíme změřit jeho vlastnosti.
- A jak to uděláte? - Chce to více dat. Tento nový boson žije jen velmi krátce, než se rozpadne na lehčí a stabilnější částice. Měřením těchto částic se dozvíme o vlastnostech bosonu. A co přesně hledáte? Standardní model předpovídá, jak často a jak by se Higgsův boson rozpadl na různé, lehčí částice. Chceme vědět, zda nalezená částice je ta, kterou předpovídá standardní model, nebo zda zapadá do jiných možných teoretických modelů.
A když zapadne jinam? To bude ještě zajímavější. Takto se vlastně věda vyvíjí. Nahrazujeme staré modely novými, pokud lépe vysvětlí naše pozorování. Jasně, takže nalezení Higgsova bosonu vás nasměruje k dalšímu bádání. Jako když Kolumbus mířil na západ. Přesně.
A tohle je jen začátek. Překlad: Kara www.videacesky.cz
Komentáře (0)