Higgsboson
Higgsbosonen (eller Higgs-partikeln) är en partikel i fysikens standardmodell. På 1960-talet var Peter Higgs den förste som antydde att denna partikel skulle kunna existera. Den 14 mars 2013 bekräftade forskare vid CERN preliminärt att de hade hittat en Higgs-partikel.
Higgs-partikeln är en av de 17 partiklarna i standardmodellen, den fysikaliska modell som beskriver alla kända grundpartiklar. Higgs-partikeln är en boson. Bosoner anses vara partiklar som är ansvariga för alla fysiska krafter. Andra kända bosoner är fotonen, W- och Z-bosonerna och gluonerna. Forskarna vet ännu inte hur man ska kombinera gravitationen med standardmodellen.
Higgsfältet är ett grundläggande fält av avgörande betydelse för partikelfysikens teori. Till skillnad från andra kända fält, t.ex. det elektromagnetiska fältet, har Higgsfältet nästan överallt samma värde som inte är noll. Frågan om Higgsfältets existens var den sista obekräftade delen av partikelfysikens standardmodell och var enligt vissa "det centrala problemet inom partikelfysiken".
Det är svårt att upptäcka Higgsbosonen. Higgsbosonen är mycket massiv jämfört med andra partiklar, så den håller inte länge. Det finns vanligtvis inga Higgsbosoner i närheten eftersom det krävs så mycket energi för att skapa en sådan. Large Hadron Collider vid CERN byggdes huvudsakligen av denna anledning. Den snabbar upp två grupper av partiklar till nästan ljusets hastighet (som färdas i motsatt riktning), innan den sätter dem på en väg för att kollidera med varandra.
Varje kollision ger upphov till en mängd nya partiklar som upptäcks av detektorer runt den punkt där de kolliderar. Det finns fortfarande bara en mycket liten chans, en på 10 miljarder, att en Higgsboson dyker upp och upptäcks. För att hitta de få kollisioner där Higgsboson kan påvisas slår LHC samman triljoner partiklar, och superdatorer sållar igenom en enorm mängd data.
Higgsbosoner följer lagen om energins bevarande, som säger att ingen energi skapas eller förstörs, utan kan överföras eller byta form. Först börjar energin i den mätboson som interagerar med Higgsfältet. Denna energi finns i form av kinetisk energi som rörelse. Efter att gaugebosonen har interagerat med Higgsfältet saktar den ner. Denna avmattning minskar mängden kinetisk energi i gaugebosonen. Denna energi förstörs dock inte. I stället går energin från rörelsen in i fältet och omvandlas till mass-energi, som är den energi som lagras i massa. Den massa som skapas kan bli det vi kallar en Higgsboson. Mängden massa som skapas kommer från Einsteins berömda ekvation E=mc2, som säger att massa är lika med en stor mängd energi (till exempel är 1 kg massa lika med nästan 90 kvadriljoner joule energi - samma mängd energi som hela världen använde under ungefär en timme och en kvart år 2008). Eftersom den mängd massa-energi som skapas av Higgsfältet är lika med den mängd rörelseenergi som gaugebosonen förlorade genom att sakta ner, är energin bevarad.
Higgsbosoner används i en rad olika science fiction-berättelser. Fysikern Leon Lederman kallade den för "gudspartikel" 1993.
En datorgenererad bild av en Higgs-interaktion
Upptäckt
Den 12 december 2011 meddelade de två grupperna vid Large Hadron Collider som letar efter Higgsbosonen, ATLAS och CMS, att de äntligen hade sett resultat som kunde tyda på att Higgsbosonen existerar.
Den 4 juli 2012 meddelade teamet vid Large Hadron Collider att de hade upptäckt en partikel som de tror är Higgsbosonen.
Den 14 mars 2013 hade forskarna gjort mycket fler tester och meddelade att de nu tror att den nya partikeln är en Higgsboson.
Frågor och svar
F: Vad är Higgsbosonen?
S: Higgsbosonen är en partikel i fysikens standardmodell. Den föreslogs först av Peter Higgs på 1960-talet och bekräftades av forskare vid CERN den 14 mars 2013. Den är en av 17 partiklar i standardmodellen och är en boson, som tros vara ansvarig för fysiska krafter.
F: Hur fungerar Higgsfältet?
S: Higgsfältet är ett fundamentalt fält som tar ett icke-nollvärde nästan överallt. Det var den sista obekräftade delen av standardmodellen och dess existens sågs som "det centrala problemet inom partikelfysiken". När gaugebosoner interagerar med det saktar de ner och deras rörelseenergi går till att skapa massaenergi, som blir det vi kallar en Higgsboson. Denna process lyder lagen om energins bevarande, där ingen energi skapas eller förstörs utan istället kan överföras eller byta form.
F: Varför är det svårt att upptäcka Higgsbosonen?
S: Higgsbosonen har en mycket stor massa jämfört med andra partiklar så den håller inte särskilt länge. Det finns vanligtvis ingen runt eftersom det krävs så mycket energi för att skapa en. För att hitta dem använder forskarna superdatorer för att sålla igenom enorma mängder data från triljoner partikelkollisioner vid Cerns Large Hadron Collider (LHC). Även då finns det bara en liten chans (en på 10 miljarder) att bevis på en Higgs kommer att dyka upp och upptäckas.
F: Vilka andra kända bosoner finns det?
S: Andra kända bosoner är bland annat fotoner, W- och Z-bosoner och gluoner.
Fråga: Hur förhåller sig Einsteins ekvation E=mc2 till skapandet av mass-energi från rörelseenergi?
S: Einsteins berömda ekvation anger att massa är lika med en extremt stor mängd energi (till exempel 1 kg = 90 kvadriljoner joule). När kinetisk energi från gaugebosoner som interagerar med Higgsfältet saktar ner, går samma mängd kinetisk energi till att skapa mass-energi som blir vad vi kallar en Higgsboson - och på så sätt bevaras den totala energin i enlighet med bevarandelagarna.
F: Vilken roll spelar science fiction-berättelser när det gäller att förstå hur higgsbosoner fungerar?
S: Science fiction-berättelser innehåller ofta higgsbosoner som en del av handlingen, men dessa berättelser ger inte nödvändigtvis korrekt vetenskaplig information om hur de fungerar - de är mer till för underhållning än något annat!
