Higgs-kenttä on universumin läpäisevä teoreettinen energiakenttä skotlantilaisen teoreettisen fyysikon Peter Higgsin vuonna 1964 esittämän teorian mukaan. Higgs ehdotti kenttää mahdolliseksi selitykseksi siitä, kuinka maailmankaikkeuden perustavanlaatuiset hiukkaset tulivat massa, koska 1960-luvulla kvanttifysiikan standardimalli ei itse asiassa pystynyt selittämään massan syytä. Hän ehdotti, että tämä kenttä olisi olemassa koko avaruudessa ja että hiukkaset saavuttaisivat massansa vuorovaikutuksessa sen kanssa.
Higgs-kentän löytäminen
Vaikka teorialle ei alun perin ollut kokeellista vahvistusta, ajan myötä se tuli näkemään ainoana selityksenä massalle, jota pidettiin laajasti yhdenmukaisena muun standardin kanssa Malli. Niin oudolta kuin miltä näytti, Higgs-mekanismi (kuten Higgs-kenttää toisinaan kutsuttiin) hyväksyttiin yleisesti fyysikoiden keskuudessa, samoin kuin muun standardimallin kanssa.
Yksi teorian seuraus oli, että Higgs-kenttä saattoi ilmestyä hiukkasena, paljon samalla tavalla kuin muut kvanttifysiikan kentät ilmestyvät hiukkasina. Tätä hiukkasta kutsutaan Higgs-bosoniksi. Higgs-bosonin havaitsemisesta tuli kokeellisen fysiikan päätavoite, mutta ongelmana on, että teoria ei oikeastaan ennustanut Higgs-bosonin massaa. Jos aiheutit hiukkaskolaantumisia hiukkaskiihdyttimessä, jolla on tarpeeksi energiaa, Higgsin bosonin pitäisi ilmetä, tietämättä etsimäänsä massaa, fyysikot eivät olleet varmoja siitä, kuinka paljon energiaa tarvitaan menemään törmäyksiä.
Yksi ajo-toivoista oli, että suurella hadronin törmäyksellä (LHC) olisi riittävästi energiaa tuottaakseen Higgs bosoneja kokeellisesti, koska se oli tehokkaampi kuin muut aiemmin rakennetut hiukkaskiihdyttimet. LHC: n fyysikot 4. heinäkuuta 2012 ilmoittivat löytäneensä kokeelliset tulokset, jotka ovat yhdenmukaisia Higgsin bosonin, tosin tarvitaan lisää havaintoja tämän vahvistamiseksi ja Higgsin erilaisten fysikaalisten ominaisuuksien määrittämiseksi bosoni. Todisteet tämän tueksi ovat lisääntyneet siinä määrin, että vuoden 2013 fysiikan Nobel-palkinto myönnettiin Peter Higgsille ja Francois Englertille. Kun fyysikot määrittävät Higgs-bosonin ominaisuudet, se auttaa heitä ymmärtämään paremmin Higgs-kentän fysikaaliset ominaisuudet.
Brian Greene Higgsin kentällä
Yksi parhaimmista Higgs-kentän selityksistä on Brian Greenen esittämä selitys, joka esiteltiin 9. heinäkuuta PBS: n jaksossa. Charlie Rose -näyttely, kun hän esiintyi ohjelmassa kokeellisen fyysikon Michael Tuftsin kanssa keskustellakseen ilmoitetusta Higgsin bosonin löytöstä:
Massa on esineen vastus nopeuden muutokselle. Sinä otat baseballin. Kun heität sen, käsivarsi tuntee vastustusta. Laukaus, tunnet tuon vastarinnan. Sama tapa hiukkasille. Mistä vastus tulee? Ja teoria esitettiin, että ehkä tila oli täynnä näkymätöntä "tavaraa", näkymätöntä melassin kaltaiset "jutut", ja kun hiukkaset yrittävät liikkua melassin läpi, he kokevat vastarinnan, a tahmeutta. Se massa on lähtöisin siitä tahmeudesta... Se luo joukon ...
... se on vaikeasti näkymätöntä tavaraa. Et näe sitä. Sinun on löydettävä tapa päästä siihen. Ja ehdotus, joka näyttää nyt tuottavan hedelmää, on se, että jos surmat protoneja, muita hiukkasia, erittäin, erittäin suurilla nopeuksilla, niin tapahtuu suurella hadronin kolarittimella... sinä löi hiukkaset yhteen erittäin suurella nopeudella, voit joskus heiluttaa melassia ja joskus välkkyä pieneltä täplä melassista, mikä olisi Higgs-hiukkasta. Joten ihmiset ovat etsineet sitä hiukkasen pientä pilkkua ja näyttää siltä, että se on löydetty.
Higgs-kentän tulevaisuus
Jos LHC: n tulokset tulevat pois, niin kun määrittelemme Higgs-kentän luonteen, saamme täydellisemmän kuvan kvantfysiikan ilmenemisestä maailmankaikkeudessa. Erityisesti saamme paremman ymmärryksen massasta, mikä puolestaan voi antaa meille paremman käsityksen painovoimasta. Tällä hetkellä kvanttifysiikan standardimalli ei ota huomioon painovoimaa (vaikka se selittää toisen täysinfysiikan perusvoimat). Tämä kokeellinen ohje voi auttaa teoreettisia fyysikoita jatkamaan teoriaansa kvanttipaino mikä pätee universumiimme.
Se voi jopa auttaa fyysikkoja ymmärtämään maailmankaikkeuden salaperäisen aineen, jota kutsutaan tummaksi aineeksi, jota ei voida havaita muulla tavoin kuin painovoiman vaikutuksen kautta. Tai mahdollisesti Higgs-kentän ymmärtäminen voi tarjota joitain näkemyksiä heijastusvoimasta, jonka tumma energia se näyttää läpäisevän havaittavissa olevan maailmankaikkeuden.