Higgs-boson

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
En simulering som viser hvordan det forventes at Higgs-bosonet kan dannes gjennom en proton-proton-kollisjonen i Large Hadron Collider. Higgs-bosonet henfaller til stråler av hadroner og elektroner (de gule linjene).
Partikkelfysikk
Teorier
Standardmodellen
Kvantemekanikk
Kvantefeltteori (QFT)
Kvanteelektrodynamikk (QED)
Kvantekromodynamikk (QCD)
Den spesielle relativitetsteorien
Vekselvirkning
Sterk kjernekraft
Elektromagnetisme
Svak kjernekraft
Gravitasjon
Fargekraft
Elementærpartikler
Fermioner
Kvarker
Oppkvark
Nedkvark
Særkvark
Sjarmkvark
Bunnkvark
Toppkvark
Leptoner
Elektron
Positron
Nøytrino
Myon
Tau
Bosoner
Gauge-bosoner
Foton
W- og Z-bosoner
Gluon
Graviton
Higgs-boson
Sammensatte partikler
Hadroner
Mesoner
Pion
Baryoner
Proton
Nøytron
Atomkjerner
Atomer
Molekyler
Egenskaper
Energi
Bevegelsesmengde
Elektrisk ladning
Spinn
Paritet
Isospinn
Svakt isospinn
Fargeladning
Kjernefysikk
Atom

Et Higgs-boson er en elementærpartikkel postulert i 1964. Partikkelen er et skalarboson (et boson med spinn 0) som har masse, antakelig rundt 125 GeV/c²,[a] men ingen ladning. I juli 2012 ble det oppdaget en ny partikkel som kunne være Higgs-bosonet.[1] Dette ble senere bekreftet.

I partikkelfysikkens standardmodell forklarer den såkalte Higgs-mekanismen hvorfor elementærpartikler kan ha hvilemasse. Mekanismen forklarer massen som et resultat av partiklenes vekselvirkning med et allestedsnærværende kvantefelt med vakuumforventningsverdi ulik null, det såkalte Higgs-feltet. Higgs-feltet har som andre kvantefelt en assosisert partikkel som kan eksistere fra feltet, og denne er Higgs-bosonet. Higgs-bosonets eksistens bekrefter Higgs-mekanismen som igjen bekrefter standardmodellen.[2]

Elementærpartiklenes masse utgjør imidlertid bare en liten del, rundt 2 %, av massen til ordinær materie. Resten, rundt 98 %, kommer fra energi lagret i kraftfeltet til den sterke kjernekraften.[3]

Historie[rediger | rediger kilde]

Higgs-bosonet er oppkalt etter Peter Higgs som først postulerte dets eksistens i en artikkel i 1964.[4] Higgs' artikkel var en av tre uavhengige artikler som ble trykket i Physical Review Letters i 1964 som alle la frem spontant symmetribrudd som løsningen på et av datidens store problem: hvordan bosoner kan ha (stabil) masse i en kvantefeltsteori ; de andre to artiklene var av François Englert og Robert Brout;[5] og av Gerald Guralnik, C. R. Hagen, og Tom Kibble (GHK).[6] De tre artiklene la en viktig grunnstein for standardmodellen som i stor grad ble utformet på 1970-tallet. To av de tre artiklene (av Higgs og GHK) inneholdt likninger for det hypotetiske feltet som siden har blitt kjent som Higgs-feltet, men det var bare Higgs som eksplisitt beskrev en massiv kvant (partikkel) forbundet med krumningen til det effektive potensialet som bestemmer feltet vakuumforventningsverdi, og det er denne som siden har blitt kjent som Higgs-bosonet.[7]

Higgs ga imidlertid intet anslag for partikkelens masse, og dermed hvordan man skulle lete etter den. Utover 1970-tallet forsøkte en rekke forskningsgrupper å beregne hvordan partikkelen vekselvirket med andre partikler og estimere grenser for hvilken masse partikkelen kunne ha. Systematiske nøytronspredningseksperimenter kunne i 1975 utelate at partikkelen hadde en masse på under 15 GeV/c².[8] Året før hadde en annen forskningsgruppe kommet til at massen ikke kunne ligge mellom 1,030 og 18,2 MeV/c².[9] Dermed var de enkleste mulighetene utelukket, og for å søke etter partikler med tyngre masse krevdes store og dyre partikkelakseleratorer.

Byggingen av Large Electron–Positron Collider (LEP) ved CERN i 1989 ga nye muligheter for å lete etter Higgs. Da LEP ble stengt ned i 2000 kunne masser opp til 114 GeV/c² utelukkes med 95 % konfidensintervall.[10] Etter stengingen av LEP ble Fermilabs Tevatron-akselerator det nye senteret for Higgs-leting. Masser mellom 156 og 177 GeV/c² ble utelukket og enkelte eldre resultater bekreftet, før fokus ble flyttet til byggingen av Large Hadron Collider (LHC) ved CERN.[7] LHC startet å produsere kollisjoner sent i 2009 og ved utgangen av 2011 kunne de første foreløpige analysene presenteres. De utelukket masser fra 127 GeV/c² og oppover, og ga hint om at en ny partikkel kunne befinne seg i området 124–126 GeV/c².[7][11] Det neste halve året fortsatte resultatene fra de to eksperimentene ATLAS og CMS å bekrefte en ny partikkel i dette masseområdet og 4. juli 2012 slapp CERN pressemeldingen om at det med 99,99995 % sannsynlighet («5 sigma») var oppdaget et nytt boson med en masse på omtrent 125 GeV/c².[12]

Noter[rediger | rediger kilde]

  1. ^ 1 GeV/c2 = 1,602 × 109 J/c2 = 1,602 × 109 kg(m/s)2/(3 × 108 m/s)2 ≈ 1,8 × 10-27 kg. Til sammenligning har hydrogenatomet en hvilemasse på rundt 0,939 GeV/c², så Higgs-bosonet er rundt 133 ganger så tungt som dette.

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ Hamish Johnston (5. juli 2012). It's a boson, but what sort? Physics world
  2. ^ Stephen Reucroft (21. oktober 1999). What exactly is the Higgs boson? Have physicists proved that it really exists?. Scientific American
  3. ^ Don Lincoln (13. januar 2012). Origins of mass: It's not what you think. Fermilab Today
  4. ^ Higgs, Peter (1964): «Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons» – Physical Review Letters, bind 13, nr. 16, s. 508–509.
  5. ^ Englert, François (1964). «Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons». Physical Review Letters 13 (9): 321–23. doi:10.1103/PhysRevLett.13.321.
  6. ^ Guralnik, Gerald (1964). «Global Conservation Laws and Massless Particles». Physical Review Letters 13 (20): 585–587. doi:10.1103/PhysRevLett.13.585.
  7. ^ a b c Ellis, John; Gaillard, Mary K., Nanopoulos, Dimitri V. (29. januar 2012): «A Historical Profile of the Higgs Boson» . arXiv:1201.6045v1.
  8. ^ (1975-06-30): «Evidence against the existence of a low mass scalar boson from neutron-nucleus scattering» – Physics Letters B, bind 57, nr. 3, s. 270–272.
  9. ^ (1974-12-01): «Experimental Search for a Low-Mass Scalar Boson» – Physical Review Letters, bind 33, nr. 27, s. 1628–1631.
  10. ^ (1993-11-01): «Indirect bounds on the Higgs boson mass from precision electroweak data» – Physics Letters B, bind 318, nr. 1, s. 148–154.
  11. ^ Hilde Lynnebakken (13. desember 2011). Første glimt av Higgs – kanskje. Forskning.no
  12. ^ CERN press office (4. juli 2012). CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson (Engelsk). CERN. Besøkt 4. juli 2012.

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]