זוכרים את פיטר היגס ואת כוח המשיכה של תרומותיו לפיזיקה

יש כנראה מעט מאוד אנשים על הגלובוס הזה שבשלב מסוים בזמן לא שמעו את המונח 'היגס בוזון' בעבר, יחד עם המונח 'חלקיק אלוהים'. מכיוון שבמהלך שנות ה-2010 המדענים ב-CERN ניסו למצוא ראיות לקיומו של בוזון סקלרי זה ואיתו עדויות לקיומו של שדה היגס שלפי המודל הסטנדרטי נותן מסה לאמוד בוזונים כמו פוטונים, המאמץ הזה הועבר ב- התקשורת הבינלאומית ובמקומות אחרים במגוון דרכים.

יחד עם הטירוף התקשורתי הזה, הפיזיקאי שעל שמו נקרא בוזון היגס זכה לתהילה נוספת, למרות פיטר היגס כבר היה נוכחות ידועה בקהילה המדעית במשך עשרות שנים עד אז עד פרישתו ב-1996. עם מותו האחרון של פיטר היגס לאחר מחלה קצרה בגיל 94, אנו נפרדים מאחד השמות הגדולים ב פיזיקה. גם אם לא שם מוכר כמו איינשטיין וסטיבן הוקינג, המצוד הפוטוגני אחר בוזון היגס בסופו של דבר הדגיש סיפור שהחל בשנות ה-1960 בסדרת מאמרים.

שבירת סימטריה

הרבה ממה שאנו יכולים לצפות סביבנו מבוסס על סימטריה, בין אם זה הגוף שלנו, הצמחים או הפלנטות שלנו. אולם השאלה שצריכה להישאל כאן היא: סימטרי באיזו רמה? ענף עץ הוא סימטרי, עד למקום שבו הוא מסתעף, והגזע שלו סימטרי פרט למקום שבו הוא לא. באופן דומה, הגוף שלנו אוהב לשבור סימטריה כך שיש לנו רק כבד אחד ולב אחד, למרות שיש לנו שתי עיניים ושתי המיספרות מוחיות, באופן כללי. שבירה זו של הסימטריה היא משהו שניתן לראות בכל רמה, כולל זו של היקום עצמו ברמה בסיסית.

כאשר היקום נוצר לראשונה, לרגע קצר הוא היה מתקיים בסימטריה מושלמת במצב האנרגיה הגבוהה שלו, אבל כפי שאנו יכולים לראות היום מצב זה לא נמשך. במקום לשמור על המצב המושלם הזה של סימטריה, משהו גרם לסימטריה הזו להישבר באופן ספונטני ולהפריד לאזורים בעלי מסה ברורה. אזורים אלה יתלכדו לערפיליות, כוכבים ובסופו של דבר לגלקסיות שבזכותן אנו מסוגלים להרהר במקומנו ביקום היום. בירור האופי המדויק של שבירת הסימטריה שהובילה לכך היה נושא לדיון רב בקרב פיזיקאים של חלקיקים במהלך המאה ה-20.

בעיקרו של דבר, מה יכול לגרום לסימטריה המתמשכת על פני המרחב זמן להישבר? הכי חשובה כאן היא סימטריית מד, שמולידה את הכוחות החזקים, החלשים והאלקטרומגנטיים. האינטראקציה החזקה מוסברת על ידי כרומודינמיקה קוונטית באמצעות מודל הקווארק. הכוחות החלשים (בוזונים W ו-Z) והכוחות האלקטרומגנטיים (פוטונים) מאוחדים ב אינטראקציה חשמלית חלשה, אך חלקיקים אלו דורשים מנגנון נוסף להיווצרותם. בתחילה המודל הסטנדרטי חזה לבוזונים W ו-Z ללא מסת מנוחה, בעוד שבמציאות יש להם מסות משמעותיות למדי. כדי לפתור זאת, ה מנגנון היגס הוצג, שכללו את שדה היגס וחלקיק בוזון סקלרי קצר מועד, ללא ספין, ללא מטען, אלא מסה משמעותית שניתן להקנות לבוזונים של מד על ידי שבירת סימטריה אלקטרו-חלשה.

שלושה ניירות

היבט מרתק בהיסטוריה של מנגנון היגס הוא שההיבט שובר הסימטריה שמאחוריו נחקר כמעט בו-זמנית על ידי שלושה צוותים שונים של פיזיקאים במהלך שנות ה-1960 המוקדמות ופורסם ב- מכתבי סקירה פיזית ב1964. ה מאמר ראשון היה מאת פרנסואה אנגלרט ורוברט בראוט, שכותרתו סימטריה שבורה ומסה של מסונים וקטורים של מד. 2 היה מאת פיטר וו. היגס וכותרתו סימטריות שבורות והמוני בוזונים של מדדים. סוף - סוף, ה נייר שלישי היה מאת ג'רלד גורלניק, קרל הייגן וטום קיבל (GHK), וכותרתו חוקי שימור גלובליים וחלקיקים חסרי מסה.

למרות שהניירות הללו נשמעים דומים להפליא, כל אחד מהם מציע גישה שונה לאופן שבו מסה יכולה להיווצר במדדי וקטור מבלי להישבר לאמוד איווריותכלומר ה לגראנגיאן שדה המערכת נותר ללא שינוי תחת טרנספורמציות מקומיות (לגראנגי לא משתנה). התיאוריה הבסיסית מאחורי שבירת סימטריה ספונטנית פורסמה על ידי Yoichiro Nambu ב-1960, מה שהוביל לכך שהדבר הזה עבד למנגנון שיוכל לפתור את חידת הבוזון W ו-Z חסרת המסה. מבין אלה, המסמכים של היגס ו-GHK הכילו את המשוואות לשדה היפותטי שייקרא שדה היגס, יחד עם הבוזון הסקלרי שהוצע לאחרונה. כאן הבדל עיקרי נוסף הוא שבנייר היגס לבוזון הסקלרי יש מסה גדולה, בעוד שבנייר GHK הוא חסר מסה, בדומה ל- בוזון נמבו-גולדסטון מעין-חלקיק שהוצע על ידי יויצ'ירו נמבו.

לאחר המסמכים הללו, גם סטיבן ויינברג וגם עבדוס סלאם הראו באופן עצמאי זה מזה ב-1967 כיצד מנגנון היגס יכול לשבור את הסימטריה האלקטרונית החלשה, מה שהוביל לגיבוש המודל הסטנדרטי כפי שאנו מכירים אותו היום. זה גם פינה את הדרך לזיהוי ניסוי שיכול לספק ראיות לקיומו של שדה היגס, תוך שימוש במסה של הבוזון הקשור אליו.

פסולת התנגשות

איך מזהים חלקיק תת-אטומי? התשובה היא בבירור לבנות את המכשירים המדעיים הגדולים ביותר הידועים לאדם, שכן זה היה רק ​​עד מאיץ ההדרונים הגדול (LHC) עם היקפו של 27 ק"מ סיים לבנות בשנת 2008 כי למין האנושי היה מתנגש חלקיקים עם מספיק אנרגיה מאחוריו כדי לבדוק באופן סופי את קיומו של בוזון היגס. עם ההתנגשויות הראשונות בשנת 2010, המירוץ היה לגילוי הבוזון הסקלרי החמקמק הזה עם המסה המאסיבית שלו, החשודה. החיסרון היחיד היה שהבוזון הזה היה צפוי להתקיים כל כך קצר עד שכל גלאי שבו נעשה שימוש יוכל לזהות רק את תוצרי הריקבון שלו.

כל תהליך דעיכה יוצר מה שנקרא 'ערוץ דעיכה', שהוא למעשה חתימה מסוימת. בגלל כמה נדירים חשבו להיווצר בוזון היגס, יידרשו התנגשויות רבות עבור שני גלאי החלקיקים העיקריים ב-LHC (אטלס ו CMS) כדי לאסוף מספיק מהחתימות הללו כדי לקבוע בוודאות מסוימת (כלל חמש סיגמא טיפוסי) שהערוצים שזוהו אכן היו מהבוזון החדש הזה. עם כמות הנתונים שנוצרה מכל התנגשות ושני גלאי החלקיקים זה היה דומה לחיפוש אחר מחט בערימת שחת.

ואז בשנת 2012 הגיעה רמת האמון של חמש סיגמא וחרגה אותה, מה שהוביל לטירוף התקשורתי הנ"ל, שכן רבים תפסו שמשהו מונומנטלי עומד להתרחש בעולם הפיזיקה של החלקיקים עם השלכות מרחיקות לכת. כ-~125 GeV/c של בוזון היגס² הוכרזה מסה, העולם ברובו כבר המשיך הלאה, מעבר להבנה ש'חלקיק האל' נמצא. עם זאת, בעיני הפיזיקאים של החלקיקים זה היה אירוע מונומנטלי, גם אם רבים מהנוכחים בימים בשנות ה-1960 וה-1970 של המאה ה-XNUMX שבהן התחזיות הללו כבר לא היו בסביבה כדי לחזות בו.

הדגם הסטנדרטי הושלם כעת, מלבד הניגוד הקטן של עניין ה"כבידה" הזה ומה שעשוי להיות גרביטונים.

מעבר לפיזיקה

בעיני פיטר היגס, תחום הפיזיקה של החלקיקים היה חלק גדול מחייו, אם כי הוא גם נהנה לטייל והיה בוטה במספר תחומים. בקמפיין לפירוק נשק גרעיני (CND) של בריטניה הוא פגש את עמיתו הפעיל ג'ודי וויליאמסון שבסופו של דבר התחתן איתו. הוא גם היה חבר בגרינפיס והזדהה כאתאיסט, מתעניין יותר במציאות של המדע מכל סוג של אידיאולוגיה של דוגמה. זה הוביל אותו לעזוב את CND ברגע שהם התחילו להפעיל קמפיין נגד כוח גרעיני ("טעות ממש גרועה") ובדומה לגרינפיס כשהחלו להתנגד לאורגניזמים מהונדסים גנטית (GMO). הוא כינה את מעשיהם 'היסטרים', הוא נאלץ להתפטר מחברותו.

זה הקשה עליו כשהמונח 'חלקיק אלוהים' התחיל לרחף. נראה שהמונח עצמו מגיע מספרו של ליאון מ. לדרמן חלקיק האל, בשל האופן שבו בוזון היגס כל כך חמקמק ועם זאת חיוני לעצם קיומו של היקום וכל מה שבו. ללא השדה והמנגנון של היגס לא יהיו גלקסיות, לא כוכבי לכת או שמשות, או חיים לתהות על מקומם בכל זה. מכיוון ששם זה הוביל לרבים לבלבל את הבוזון הסקלרי עם משהו עמוק מבחינה דתית, כולל ראיות לקיום האלוהות או האלוהויות האהובות על האדם, הוא באמת שפשף את פיטר היגס בצורה לא נכונה.

עם השנים שלאחר גילוי הבוזון של היגס מולאו פרטים נוספים עליו, מה שחיזק את מקומו של מנגנון היגס במודל הסטנדרטי והעניק לפיטר היגס את הידיעה שהתיאוריות שלו אכן היו נכונות, כבוד שהוא חלק עם אחרים פיזיקאים המעורבים בגילוי בן עשרות שנים. למרות שהוא לא יהיה בסביבה כדי לראות מה יבוא אחר כך, המאמצים של מדענים כמו פיטר היגס הם שיתנו השראה לדורות הבאים של מדענים למאות שנים קדימה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://hackaday.com/2024/04/15/remembering-peter-higgs-and-the-gravity-of-his-contributions-to-physics/