בוזון היגס
 |
ערך זה זקוק לעריכה: ייתכן שהערך סובל מפגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים, סגנון טעון שיפור או צורך בהגהה, או שיש לעצב אותו. | |
| אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה. | ||
| בוזון היגס | |
|---|---|
| הרכב: | חלקיק אלמנטרי |
| סטטיסטיקה: | בוזון |
| חלקיק: | בוזון היגס |
| תכונות | |
| מסת מנוחה: | יותר מ-2×10-25 kg יותר מ-114×103 MeV/c2 |
| מטען חשמלי: | 0 e |
| ספין: | 0 ħ |
| מטען צבע: | 0 |
| היסטוריה | |
| נצפה? | לא |
בוזון היגס הינו חלקיק יסוד היפותטי בעל מסה, אשר תיאוריית המודל הסטנדרטי (SM) של פיסיקת החלקיקים חוזה את קיומו.
מקור המילה "בוזון היגס" נובע מצירוף שמותיהם של הפיזיקאי ההודי סטינדרה נייט בוזה ומפיטר היגס בהתאמה. בוזון היגס ממלא תפקיד מכריע במנגנון-היגס, האחראי על שבירת הסימטריה האלקטרו-חלשה במודל הסטנדרטי. אם יוכח קיומו, נוכל להסביר מדוע חלקיקים יסודיים אחרים הם בעלי מסה. זהו חלקיק היסוד היחיד הקיים על פי תיאוריית המודל הסטנדרטי, שטרם נצפה בניסויי פיסיקת החלקיקים. קיימות, כמובן, תיאוריות נוספות שאינן מכילות את חלקיק היגס, הקרויות "תיאוריות חסרות- היגס"(Higgsless).
מנגנון היגס מסביר מדוע בוזוני W ו-Z, אשר חולקים ביניהם את הקשר החלש, הם בעלי מסה, ואילו הפוטון בקשר אלקטרו- מגנטי, חסר מסה. ע"פ התיאוריה, בוזון היגס שייך לקבוצת חלקיקים בשם "בוזונים סקלרים". (בוזונים הם חלקיקים בעלי ספין שלם, בעוד בוזונים סקלרים הם בעלי ספין 0).
חלקיק היגס מכונה לרוב בתקשורת "החלקיק האלוהי". זאת לאחר כותרתו של ספר מדע פופולרי שנכתב ע"י ליאון לדרמן על פיסיקת החלקיקים: "החלקיק האלוהי: אם היקום הוא התשובה, מה היא השאלה?". למרות שהשימוש במונח זה תרם להתעניינות תקשורתית מוגברת, הקהילה המדעית אינה אוהבת את הכינוי וטוענת כי יש בן מן ההפרזה המטעה את הקוראים ומעצימה את חשיבותו של החלקיק יתר על המידה: למרות גילויו עדיין נשארו שאלות בלתי פתורות לגבי האיחוד של QCD, הסימטריה האלקטרו -חלשה ואינטראקציית הכבידה, וכן לגבי המקור האולטימטיבי של היקום. לטענת לדרמן, "החלקיק האלוהי" קיבל את כינויו משום היותו "מרכזי כל כך למצב הפיזיקה היום, כה חיוני להבנת מבנה החומר, אך עדיין חמקמק כל כך". בבדיחות הדעת הוסיף כי הסיבה האמיתית היא "המוציא לאור לא נתן לנו לקרוא לזה החלקיק לעזאזל, למרות שזה עשוי היה להיות כותרת הולמת יותר, בהתחשב בהוצאות שלו הוא גורם". בתחרות שמות שנערכה על ידי כתב המדע של העיתון הגרדיאן הבריטי, נבחר השם "בקבוק השמפניה בוזון" כטוב ביותר מבין ההצעות שלהם. ההשראה לשם התקבלה מצורת הפוטנציאל של ההיגס המזכיר תחתית של בקבוק שמפניה, המשמשת לעתים קרובות כהמחשה בהרצאות בפיזיקה.
בשנים האחרונות נערכים ברחבי העולם ניסויים רבים במטרה למצוא את החלקיק המדובר. עיקר הניסויים מתרחשים בשוויץ, שם ממוקם מאיץ החלקיקים הגדול ( Large Hadron Colliderובקיצור LHC) ואף במאיץ החלקיקים טבטרון הממוקם בפרמילאב, אילנוי, עד לסגירתו בשנת 2011. ע"פ התיאוריות, כל חלקיק אלמנטרי חייב להיות גלוי באנרגיות מעל 1.4 TeV ולכן ה- LHC מצויד בשני סטים של קרני אלקטרונים בעוצמה של 3.5 TeV, וזאת על מנת לענות על שאלת הקיום של החלקיק. בדצמבר 2011, שני הניסויים העיקריים במאיץ (ATLAS ו-CMS) דיווחו בנפרד כי הנתונים שהתקבלו אצלם רומזים על אפשרות הקיום של חלקיק היגס עם מסה הנעה סביב 125 GeV/c2. כמו כן, מתחזקת האמונה כי הטווח המקורי כבר הצטמצם במידה ניכרת, וכי מסה מחוץ ל 115-130 GeV קרובה מאוד להישלל. יחד עם זאת, העדויות עדיין לא חד משמעיות. מדענים צופים כי הנתונים הנוספים שיאספו במהלך שנת 2012 יאפשרו תשובה מוחלטת לכאן או לכאן.
מקור התיאוריה
פיזיקת החלקיקים קובעת שהחומר עשוי מחלקיקי יסוד אשר האינטראקציות ביניהם מתווכות על ידי חלקיקים נושאי כוח. בתחילת שנת 1960 התגלו באופן תיאורטי מספר חלקיקים אלו, יחד עם תיאוריות המציעות כיצד הם קשורים זה לזה, אולם תיאוריות אלו היו ידועים כחסרות. אחת הסיבות לכך היתה כי לא יכלו להסביר את מקורותיה של המסה כתכונה של החומר. משפט גולדסטון, הנוגע לסימטריות רציפה, שלל פתרונות ברורים רבים בכמה תיאוריות.
מנגנון היגס הוא תהליך שבו בוזונים וקטוריים יכולים להשיג מסת מנוחה ללא שבירת תורת הכיול. ההצעה עבור מנגנון שבירת סימטריה ספונטנית כזה הוצע במקור על ידי פיליפ וורן אנדרסון למודל היחסותי המלא בשנת 1964 והתפתח באופן עצמאי, כמעט בו זמנית, על ידי שלוש קבוצות פיסיקאים בשנת 1962: פרנסואה אנגלר ורוברט בראונט, פיטר היגס ועל ידי ג'רלד גורלניק, כ,.ר הייגן וטום קיבל. מאפייני המודל יוחסו עוד בשנת 1965 לגורלניק ובשנת 1966 אף להיגס. מאמרים הראו כי כאשר תיאורית הכיול משולבת עם שדה נוסף אשר באופן ספונטני שובר את הסימטריה, בוזונים יכולים באופן עקבי לרכוש מסה סופית. בשנת 1967, היה סטיבן ויינברג עבדוס סלאם הראשון לייחס את מנגנון היגס לשבירת הסימטריה האלקטרו-חלשה. הוא הראה כיצד מנגנון היגס יכול להיות משולב בתוך התיאוריה של שלדון גלשו והסימטריה האלקטרו-חלשה, ובכך הפך את המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים.
שלושת המאמרים שנכתבו בשנת 1964 היו נקוצת ציון דרך במהלך חגיגות ה- 50 של "Physical Review Letters". ששת המחברים קיבלו גם את פרס 2010 J.J סקוראי לפיסיקת חלקיקים תיאורטיים עבור עבודה זו. שניים מבין שלושת המאמרים שנכתבו על ידי היגס ו ,GHK הכילו את משוואות השדה ההיפותטי שלבסוף זכה לכינוי "שדה היגס הקוונטי (או נושא הכוח) והחלקיק ההיפותטי בוזון היגס 1966". במאמרים שלאחר מכן הראה היגס את מנגנון הדעיכה של הבוזון: "רק בוזון מסיבי יכול לדעוך, והדעיכה יכולה להוכיח את המנגנון." במשפט הסיום של אחד ממאמריו כותב היגס כי "מרכיב חיוני" של תיאוריה הוא "חיזוי של כפל שלם של סקלר ווקטורי בוזון". במאמרו שלGHK , בוזון הוא חסר מסה ונפרד מהמצב המסיבי. בשנים 2009 ו-2011, קבע גורלינק כי במודל GHK בוזון הוא חסר מסה רק בקירוב הנמוך ביותר בסדר, אבל טענה זו אינה כפופה לאף אילוץ והחלקיק מקבל מסה בסדר גבוה יותר. עוד הוא מוסיף כי מאמרו היה היחיד שהראה שאין חלקיקי ה"נאמבו-בוזוני גולדסטון" חסרי מסה במודל, וכי הוא נותן ניתוח מלא של המנגנון הכללי של היגס. בנוסף להסבר כיצד המסה נרכשת על ידי בוזונים וקטוריים, מנגנון היגס גם מנבא את היחס בין בוזון W ו- Z בעלי מסה, וכן את הצימודים שלהם אחד עם השני ועם קווארקים ולפטונים במודל הסטנדרטי. רבות מתחזיות אלו אומתו לאחר מכן על ידי מדידות מדויקות שבוצעו ב LEP וב- colliders SLC, דבר המאשר באופן יוצא מן הכלל כי מנגנון היגס כלשהו אכן מתקיים בטבע, אך עדיין אינו קובע את האופן המדויק שבו זה קורה. התוצאות בחיפוש אחר בוזון היגס צפויות לספק ראיות על הדרך בה זה בא לידי ביטוי בטבע.
מאפייני התיאוריה
המודל הסטנדרטי צופה את קיומו של שדה (שנקרא שדה היגס), אשר מאפיין את החלל. בחלל הריק יש אמפליטודה שונה מאפס. קיומה של ציפייה לאמפליטודה שונה מאפס, שוברת באופן ספונטני את תורת הכיול והסימטריה האלקטרו-חלשה אשר בתורה מחזקת את מנגנון היגס. זהו התהליך הפשוט ביותר המאפשר נתינת מסה לבוזוני הכיול תוך שמירה על תיאוריות הכיול. אפשר לתאר את השדה כבריכת מולסה הנדבקת לחלקיקי יסוד חסרי מסה אחרים הנעים דרכה, וממירה אותם בחלקיקים בעלי מסה היוצרים את מרכיבי האטום. נשא הכוח הצפוי של שדה זה יהיה בוזון סקלרי, המכונה בוזון היגס. במודל הסטנדרטי, שדה ההיגס מורכב משני שדות ניטרליים ושנים טעונים. שני המרכיבים הטעונים ואחד מהניטרליים הם בוזוני גולדסטון, אשר פועלים בתחום הקיטוב השלישי ברכיבי האורך של בוזוני ,W+ W- ו- Z. הקוונטיות של הרכיב הנייטרלי הנותר מתאימה לתיאורית המאסיביות של חלקיקי בוזון היגס. מאחר ושדה היגס הוא שדה סקלרי, לבוזון ההיגס אין ספין ולכן גם אין תנע זוויתי פנימי. בנוסף, בוזון היגס הוא מעולם האנטי חלקיקים, הוא בעל שבירת סימטריות CP זוגית ואף חסר מטען. המודל הסטנדרטי אינו מנבא את המסה של בוזון היגס. אם המסה היא בין 115 לבין 180 GeV/c2 , אז המודל הסטנדרטי יכול לקבל תוקף בסקאלות האנרגיה עד לסולם פלנק (1016 TeV). תיאורטיקנים רבים מצפים מהפיסיקה החדשה שמעבר למודל הסטנדרטי, לצאת מסקאלת ה- TeV המבוססת על מאפיינים שאינם משביעי רצון במודל הסטנדרטי. היקף המסה האפשרית לחלקיק בוזון היגס (ו/או לכמה ממנגנוני השבירה האחרים של סימטרית הגל האלקטרו-חלש) הוא 1.4 TeV. מעבר לנקודה זו, המודל הסטנדרטי הופך להיות לא עקבי והיחידות מופרת בתהליכי פיזור מסוימים. בתיאוריה, המסה של החלקיק בוזון היגס ניתנת להערכה באופן עקיף. במודל הסטנדרטי, לבוזון היגס יש מספר השפעות עקיפות, רובן הובחנו. לולאות היגס גורמות תיקונים זעירים במסה של בוזוני Wו-Z. מדידות של פרמטרים בגל האלקטרו-חלש, כגון קבוע פרמי ומסות בוזוני W/Z, יכולות לשמש מגבלה על מסת ההיגס. החל מיולי 2011, מדידות מדוייקות עם הגל האלקטרו-חלש מספרות לנו כי המסה של בוזון היגס נמוכה יותר מאשר 161 GeV/c2ברמת ביטחון של 95%. הגבול העליון גדל ל 185 GeV/c2 כאשר כולל החיפוש LEP 2-ישירה מגבולו התחתון של 114.4 GeV/c2. אילוצים אלה מסתמכים על ההנחה כי המודל הסטנדרטי הוא הנכון. ייתכן כי עדיין אפשר לגלות בוזון היגס מעל 185 GeV/c2 אם הוא מלווה בחלקיקים אחרים מעבר לאלה שחזו המודל הסטנדרטי. הרחבות של המודל הסטנדרטי כוללות סופר סימטריות (suzi) הצופות את קיומן של משפחות חלקיקי בוזון היגז, בשונה מתיאוריית חלקיק ההיגס הבודד של המודל הסטנדרטי. לצד תיאורית SUZI בסופר-סימטריות המינימלית המודל הסטנדרטי (MSSM), מנגנון ההיגס מניב את מספר בוזוני היגס הנמוך ביותר. יש שני צימדי היגס, המובילים לקיום חמישיית חלקיקי הסקלר. שני חלקיקים בעלי שבירת סימטריה CP זוגית בוזון היגס h0 ו H0, חלקיק בעל שבירת סימטריה CP אי זוגית A0, ושני חלקיקי היגס טעונים H+ ו H-. מודלים סופר סימטריים רבים צופים שהחלקיק הקל מבין בוזוני ההיגס יהיה בעל מסה בסביבת גבולות הניסוי הנוכחיות 120 GeV/c2.
מנגנונים חלופיים לשבירת סימטרית הגל האלקטרו חלש
בשנים שחלפו מאז הוצעה תאוריית שדה בוזון היגס ,הוצעו גם מספר מודלים חלופיים על פי מנגנון היגס אשר עשוים להתממש. בוזון היגס קיים בתיאוריות מסויימות, אך לא בכולן. כך, למשל, הוא קיים במודל הסטנדרטי ובהרחבות כגון המודל הסטנדרטי מינימלי סופר-סימטריים, אך לא צפוי להתקיים ע"פ מודלים חלופיים כגון טכניקולור. מודלים אשר אינם כוללים שדה היגס בוזון או שדה היגס, ידועים כמודלים חסרי היגס. במודלים אלה, אינטראקציות חזקות) ולא שדה היגס נוסף) הן האחראיות לוואקום אשר שובר את הסימטריה האלקטרו-חלשה.
[עריכה] קישורים חיצוניים
- בוזון היגס, באנציקלופדיה ynet
- החיפוש אחר החלקיק האלוהי, עילם גרוס באתר "פיזיקהפלוס".
- דוידסון אונליין - מאגר מדע: "הבוזון של היגס" - אבן היסוד של היקום? סרטון עם הסברים.
[עריכה] ראו גם
| חלקיקים בפיזיקה - חלקיקים יסודיים | ||
|---|---|---|
|
