میدان هیگز چیست؟

بر اساس نظریه ی “پیتر هیگز” فیزیکدان اسکاتلندی که در سال ۱۹۶۴ مطرح شد، میدان هیگز، از لحاظ نظری میدانی از انرژی است که در سرتاسر کیهان نفوذ کرده است.

هیگز معتقد است این میدان تعریفی برای ذرات بنیادی کیهان است که چگونه جرم دار شده اند، زیرا در دهه ی ۱۹۶۰ در واقع مدل استاندارد فیزیک کوانتوم نتوانست دلیلی برای جرم این ذرات پیدا کند. او پیشنهاد کرد که این میدان در کل فضا وجود دارد و ذرات این جرم را در اثر فعل و انفعالاتشان با آن، بدست می آوردند. در حالی که در ابتدا هیچ آزمایشی مبنی بر درستی این تئوری وجود نداشت، در طول زمان به تنها توضیح برای جرم تبدیل شد و به طور گسترده ای سازگار با مدل استاندارد تلقی شد. با اینکه بسیار عجیب است، عملکرد هیگز (یا همان میدان هیگز) در میان عموم فیزیکدانان و همچنین در مدل استاندارد مورد قبول واقع شده است.

بوزون هیگز چیست؟

یک نتیجه این تئوری این است که میدان هیگز می تواند به عنوان یک ذره ظاهر شود، همان طور که این اتفاق برای میدان های دیگر در فیزیک کوانتوم می افتد، این ذره بوزون هیگز نام دارد. کشف بوزون هیگز یک هدف بزرگ برای فیزیک تجربی است، ولی مشکل این جاست که این تئوری جرم بوزون هیگز را پیش بینی نمی کند. اگر شما ذرات را در شتاب دهنده ذرات با انرژی کافی برخورد دهید، بوزون هیگز باید آشکار شود. ولی بدون دانستن جرم آن، دانشمندان نمی دانند چقدر انرژی برای برخورد لازم است.

یکی از امیدهای دانشمندان این بود که با برخورددهنده هادرونی بزرگ(LHC) به اندازه کافی انرژی برای تولید بوزون هیگز تولید شود، چون نسبت به بقیه شتاب دهنده های ذرات ساخته شده بسیار قوی تر بود. در ۴ جولای ۲۰۱۲، فیزیکدانان برخورددهنده هادرونی بزرگ بیان کردند که نتایج تجربی سازگار با ذره ی بوزون هیگز کشف کردند، سپس شواهدی برای تایید این ذره افزایش یافت و منجر به کسب جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۳ برای پیتر هیگز و فرانسوا انگلر شد. همان طور که فیزیکدانان در صدد یافتن ویژگی های بوزون هیگز هستند، همزمان ویژگی های فیزیکی میدان هیگز را نیز درک می کنند.

تعریف برایان گرین از میدان هیگز

یکی از تعاریف میدان هیگز، موردی بود از برایان گرین بود که در برنامه PBS چارلی رز که گرین در برنامه ای همراه با مایکل تافتس درباره ی کشف بوزون هیگز بحث می کردند: جرم در واقع مقاوت جسم در مقابل حرکت و تغییر آن است. یک توپ بیسبال را در نظر بگیرید. وقتی شما آن را پرتاب می کنید، بازوی شما مقاومتی را احساس می کند و در پرتاب وزنه نیز همین احساس را دارید. در مورد ذرات نیز این چنین است. مقاومت از کجا می آید؟ و این تئوری تا جایی پیش می رود که شاید فضا از “چیزهایی” نامرئی پر شده باشد، “چیزهایی” نامرئی و شیره مانند و وقتی ذرات تلاش می کنند تا حرکت کنند، مقاومت و چسبندگی احساس می کنند. این چسبندگی همان جرم آنهاست، همان چیزی که آنها را تشکیل می دهد.

این یک چیز ِ نامرئی ِ گریزان است، قابل مشاهده نیست. ما باید راهی برای دست یابی به آن پیدا کنیم. در حال حاضر ایده ی مناسب این است که اگر شما پروتون ها یا ذرات دیگر را با سرعت بسیار بالایی به هم برخورد دهید، که این همان اتفاقی است که در برخورددهنده هادرونی بزرگ می افتد. شما باعث برخورد ذرات با سرعت بالایی به یکدیگر شده اید، در این حالت می توانید بعضی اوقات ضربه ای آهسته به این شیره بزنید و ذره ای از آن بیرون می آید که همان ذره بوزون هیگز است. بنابراین انسان ها دنبال این ذره ی بسیار کوچک بودند و به نظر می رسد امروزه آن را یافته اند.

آینده میدان هیگز

اگر تحقیقات در برخورددهنده هادرونی بزرگ به نتیجه برسد، آنگاه ما به ماهیت میدان هیگز پی برده ایم، ما تصویری واضح تر از وجود فیزیک کوانتوم در عالم خواهیم داشت. مخصوصا، درک بهتری از جرم پیدا خواهیم کرد که ممکن است به فهم ما از گرانش کمک کند. در حال حاضر، مدل استاندارد فیزیک شامل گرانش نمی شود (در حالی که این مدل بقیه نیروهای بنیادی فیزیک را توضیح می دهد). این آزمایش ممکن است راهی برای فیزیکدانان نظری در حوزه ی گرانش کوانتومی که در عالم وجود دارد، باز کند. این حتی ممکن است به درک فیزیکدانان از ماده عجیب موجود در عالم به نام ماده تاریک، کمک کند که نمی توان آن را جز به وسیله تاثیرات گرانشی رصد کرد. یا درک عمیقی از میدان هیگز ممکن است منجر به اثبات دافعه نیروی گرانش به وسیله انرژی تاریک شود، که در سراسر عالم قابل مشاهده ما وجود دارد.