Higgs alanı
Higgs alanı, evrenin her bölgesinde var olduğu düşünülen bir enerji alanıdır. Bu alana Higgs bozonu olarak bilinen ve alan tarafından elektron gibi diğer parçacıklarla sürekli etkileşimde bulunmak için kullanılan temel bir parçacık eşlik eder. Alanla etkileşime giren parçacıklara kütle "verilir" ve tıpkı bir pekmezin içinden geçen bir cisme benzer şekilde, içinden geçtikçe yavaşlarlar. Bir parçacığın alandan kütle "kazanmasının" sonucu, ışık hızında seyahat etme yeteneğinin engellenmesidir.
Kütlenin kendisi Higgs alanı tarafından üretilmez; yoktan madde ya da enerji yaratma eylemi korunum yasalarını ihlal edecektir. Ancak kütle, parçacıklar tarafından Higgs Bozonu ile Higgs alanı etkileşimleri yoluyla kazanılır. Higgs bozonları göreceli kütleyi enerji biçiminde içerir ve alan daha önce kütlesiz olan bir parçacığa kütle kazandırdığında, söz konusu parçacık artık "ağır" hale geldiği için yavaşlayacaktır.
Eğer Higgs alanı var olmasaydı, parçacıklar birbirlerini çekmek için gereken kütleye sahip olmayacak ve ışık hızında serbestçe dolaşacaklardı. Ayrıca kütleçekimi de var olmazdı çünkü kütle başka bir kütleyi çekmek için orada olmazdı.
Bir nesneye kütle kazandırmak Higgs etkisi olarak adlandırılır. Bu etki, içinden geçen herhangi bir parçacığa kütle veya enerji aktaracaktır. İçinden geçen ışık kütle değil enerji kazanır, çünkü dalga formunun kütlesi yoktur, parçacık formu ise sürekli olarak ışık hızında hareket eder.
Higgs etkileşiminin bilgisayarda oluşturulmuş bir görüntüsü
Higgs etkisi
Higgs etkisi ilk kez 1968 yılında PRL simetri kırılması makalelerinin yazarları tarafından teorize edilmiştir. 1964 yılında üç ekip, yerel ayar teorilerinde kütlenin nasıl ortaya çıkabileceğini açıklamak için birbiriyle ilişkili ancak farklı yaklaşımlar öneren bilimsel makaleler yazdı.
2013 yılında Higgs bozonu ve dolaylı olarak Higgs etkisi Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda geçici olarak kanıtlandı (ve Higgs bozonu 4 Temmuz 2012'de keşfedildi). Bu etki Standart Model'in eksik bir parçasının bulunması olarak görülüyordu.
Gösterge teorisine (Standart Model'in altında yatan teori) göre, kuvvet taşıyan tüm parçacıkların kütlesiz olması gerekir. Ancak, zayıf kuvvete aracılık eden kuvvet parçacıklarının kütlesi vardır. Bunun nedeni SU(2) simetrisini kıran Higgs etkisidir; (SU, bir matris türü olan özel üniter anlamına gelir ve 2, ilgili matrislerin boyutunu ifade eder).
Bir sistemin simetrisi, döndürme veya yer değiştirme gibi bir sisteme yapılan ve sistemi temelde değişmeden bırakan bir işlemdir. Simetri aynı zamanda bir dış güç tarafından etkilenmediği sürece bir şeyin her zaman nasıl davranması gerektiğine dair bir kural sağlar. Rubik Küpü buna bir örnektir. Bir Rubik küpünü alıp istediğimiz hamleyi yaparak karıştırırsak, onu çözmek hala mümkündür. Yaptığımız her hamle Rubik küpünü hala çözülebilir bıraktığından, bu hamlelerin Rubik küpünün 'simetrileri' olduğunu söyleyebiliriz. Bunlar birlikte Rubik küpünün simetri grubu dediğimiz şeyi oluştururlar. Bu hamlelerden herhangi birini yapmak bulmacayı değiştirmez, her zaman çözülebilir bırakır. Ancak, küpü parçalara ayırmak ve tamamen yanlış bir şekilde tekrar bir araya getirmek gibi bir şey yaparak bu simetriyi bozabiliriz. Şimdi hangi hamleyi denersek deneyelim, küpü çözmek mümkün değildir. Küpü parçalara ayırmak ve yanlış bir şekilde tekrar bir araya getirmek 'dış kuvvet'tir: Bu dış güç olmadan, küpe yaptığımız hiçbir şey onu çözülemez hale getirmez. Rubik küpünün simetrisi, küpü parçalara ayırmadığımız sürece, hangi hareketi yaparsak yapalım çözülebilir kalmasıdır.
Higgs bozonunun yaratılması
SU(2) simetrisinin kırılma şekli "kendiliğinden simetri kırılması" olarak bilinir. Spontane rastgele veya beklenmedik anlamına gelir, Simetriler değiştirilen kurallardır ve Kırılma simetrilerin artık aynı olmadığı gerçeğini ifade eder. SU(2) simetrisinin kendiliğinden kırılmasının sonucu bir Higgs bozonu olabilir.
Higgs etkisinin nedeni
Higgs etkisi, doğanın en düşük enerji durumuna doğru "eğilimli" olması nedeniyle ortaya çıkar. Higgs etkisi, bir Higgs alanının yakınındaki gösterge bozonları en düşük enerji durumlarında olmak isteyecekleri ve bu da en az bir simetriyi kıracağı için gerçekleşecektir.
Kütlesiz olması gereken bir parçacığa kütle verilmesini haklı çıkarmak için bilim insanları alışılmışın dışında bir şey yapmak zorunda kaldılar. Boşlukların (boş alan) aslında enerjiye sahip olduğunu varsaydılar ve bu şekilde, kütlesiz olduğunu düşündüğümüz bir parçacık boşluğa girerse, boşluktaki enerji bu parçacığa aktarılacak ve ona kütle kazandıracaktı. Jeffrey Goldstone adında bir matematikçi, bir simetriyi ihlal ederseniz (örneğin, Rubik küpü ile ilgili bir simetri, köşelerin çözülebilir olması için her zaman 0 veya 3 kez döndürülmesi gerektiğini belirtirseniz (işe yarar)), bir reaksiyon meydana geleceğini kanıtladı. Rubik küpü örneğinde, ihlal edilmesi halinde küp çözülemez hale gelecektir. Higgs alanı durumunda, Jeffrey Goldstone'un (ve onunla birlikte çalışan Yoichiro Nambu adlı başka bir bilim adamının) adını taşıyan bir şey, bir Nambu-Goldstone bozonu üretilir. Bu, vakumun uyarılmış ya da enerjik bir şeklidir ve yukarıda gösterildiği gibi grafiğe dökülebilir. Bu ilk olarak Peter Higgs tarafından açıklanmıştır.
Sözde "Meksika Şapkası Potansiyeli"
Sorular ve Yanıtlar
S: Higgs alanı nedir?
C: Higgs alanı, evrenin her bölgesinde var olduğuna inanılan bir enerji alanıdır.
S: Higgs alanı ile ilişkili olan temel parçacık nedir?
C: Higgs alanı ile ilişkili olan temel parçacık Higgs bozonudur.
S: Parçacıklar Higgs alanı ile etkileşime girdiğinde ne olur?
C: Higgs alanı ile etkileşime giren parçacıklara kütle "verilir" ve içinden geçerken yavaşlarlar.
S: Higgs alanı kütle üretir mi?
C: Hayır, Higgs alanı kütle üretmez. Parçacıklar Higgs bozonu ile etkileşimleri yoluyla kütle kazanırlar.
S: Bir parçacığın Higgs alanından kütle kazanmasının sonucu nedir?
C: Bir parçacığın Higgs alanından kütle kazanmasının sonucu, ışık hızında hareket etme yeteneğinin engellenmesidir.
S: Higgs alanı var olmasaydı ne olurdu?
C: Higgs alanı olmasaydı, parçacıklar birbirlerini çekmek için gereken kütleye sahip olmaz ve ışık hızında serbestçe dolaşabilirlerdi.
S: Higgs etkisi nedir?
C: Higgs etkisi, parçacıklar Higgs alanından geçip Higgs bozonu ile etkileşime girdiğinde ortaya çıkan, bir nesneye kütle kazandırma sürecini ifade eder.
