Brout-Englert-Higgsveld
Het Higgs-veld is een energieveld dat in elke regio van het universum zou bestaan. Het veld gaat vergezeld van een fundamenteel deeltje dat bekend staat als het Higgs-boson, dat door het veld wordt gebruikt om continu te interageren met andere deeltjes, zoals het elektron. Deeltjes die in wisselwerking staan met het veld krijgen een "gegeven" massa en zullen, op een vergelijkbare manier als een object dat door een stroop (of melasse) gaat, langzamer worden als ze erdoorheen gaan. Het resultaat van een deeltje dat massa uit het veld "wint" is het voorkomen van zijn vermogen om zich met de snelheid van het licht te verplaatsen.
De massa zelf wordt niet opgewekt door het Higgs-veld; het creëren van materie of energie uit het niets zou in strijd zijn met de wetten van het behoud. Massa wordt echter wel gewonnen door deeltjes via hun Higgs-veld-interacties met het Higgs-boson. Higgs-bosonen bevatten de relatieve massa in de vorm van energie en als het veld eenmaal een voorheen massaloos deeltje heeft voortgebracht, zal het betreffende deeltje vertragen zoals het nu "zwaar" is geworden.
Als het Higgs-veld niet bestond, zouden de deeltjes niet de massa hebben die nodig is om elkaar aan te trekken, en zouden ze vrij rondzweven met lichtsnelheid. Ook zou de zwaartekracht niet bestaan omdat de massa er niet zou zijn om andere massa aan te trekken.
Het geven van massa aan een object wordt het Higgs-effect genoemd. Dit effect zal massa of energie overbrengen naar elk deeltje dat er doorheen gaat. Licht dat erdoorheen gaat, wint energie, niet massa, omdat zijn golfvorm geen massa heeft, terwijl zijn deeltjesvorm constant met lichtsnelheid reist.
Een door de computer gegenereerd beeld van een Higgs-interactie
Het Higgs-effect
Het Higgs-effect werd voor het eerst getheoretiseerd in 1968 door de schrijvers van de PRL symmetriebrekende papieren. In 1964 schreven drie teams wetenschappelijke papers die verwante maar verschillende benaderingen voorstelden om uit te leggen hoe de massa zou kunnen ontstaan in lokale maattheorieën.
In 2013 werd het Higgs-boson, en impliciet het Higgs-effect, voorlopig bewezen op de Large Hadron Collider (en het Higgs-boson werd ontdekt op 4 juli 2012). Het effect werd gezien als het vinden van een ontbrekend stuk van het Standaard Model.
Volgens de ijktheorie (de theorie die ten grondslag ligt aan het standaardmodel) zouden alle krachtdragende deeltjes massaloos moeten zijn. De krachtdeeltjes die de zwakke kracht bemiddelen hebben echter wel massa. Dit komt door het Higgs-effect, dat de SU(2) symmetrie doorbreekt; (SU staat voor special unitary, een type matrix, en 2 verwijst naar de grootte van de betreffende matrices).
Een symmetrie van een systeem is een ingreep in een systeem, zoals rotatie of verplaatsing, die het systeem fundamenteel ongewijzigd laat. Een symmetrie geeft ook een regel voor hoe iets altijd moet handelen, tenzij er door een externe kracht op wordt ingegrepen. Een voorbeeld is een Rubik's Cube. Als we een Rubik's Cube nemen en deze vervormen door de bewegingen te maken die we willen, is het nog steeds mogelijk om deze op te lossen. Omdat elke beweging die we maken nog steeds de Rubik's Cube oplosbaar laat, kunnen we zeggen dat deze bewegingen 'symmetrieën' van de Rubik's Cube zijn. Samen vormen ze wat we noemen de symmetriegroep van de Rubik's kubus. Het maken van een van deze bewegingen verandert niets aan de puzzel, waardoor deze altijd oplosbaar blijft. Maar we kunnen deze symmetrie wel doorbreken door iets te doen als het uit elkaar halen van de kubus, en hem weer in elkaar te zetten op een totaal verkeerde manier. Welke bewegingen we nu ook proberen, het is niet mogelijk om de kubus op te lossen. Het uit elkaar halen van de kubus en het weer in elkaar zetten op de verkeerde manier is de 'buitenste kracht': Zonder deze externe kracht maakt niets wat we met de kubus doen hem onoplosbaar. De symmetrie van de kubus van Rubik is dat hij oplosbaar blijft zolang we de kubus niet uit elkaar halen.
Oprichting van Higgs boson
De manier waarop de SU(2) symmetrie wordt verbroken staat bekend als "spontane symmetriebreuk". Spontaan betekent willekeurig of onverwacht, Symmetrieën zijn de regels die worden veranderd, en Breaking verwijst naar het feit dat de symmetrieën niet meer hetzelfde zijn. Het resultaat van het spontaan breken van de SU(2) symmetrie kan een Higgs-boson zijn.
Reden voor het Higgs-effect
Het Higgs-effect treedt op omdat de natuur "neigt" naar de laagste energietoestand. Het Higgs-effect treedt op omdat peilbare bosonen in de buurt van een Higgs-veld in hun laagste energietoestand willen zijn, en dit zou ten minste één symmetrie doorbreken.
Om het geven van massa aan een massaloos deeltje te rechtvaardigen, werden wetenschappers gedwongen om iets ongewoons te doen. Ze gingen ervan uit dat zuigers (lege ruimte) daadwerkelijk energie hadden, en op die manier, als een deeltje dat we als massaloos beschouwen erin zou komen, zou de energie uit het vacuüm worden overgebracht naar dat deeltje, waardoor het massa zou krijgen. Een wiskundige genaamd Jeffrey Goldstone bewees dat als je een symmetrie overtreedt (bijvoorbeeld een symmetrie met een Rubik's kubus zou zijn als je stelt dat de hoeken altijd 0 of 3 keer gedraaid moeten worden om oplosbaar te zijn (het werkt)), er een reactie zal ontstaan. In het geval van de Rubik's kubus zal de kubus onoplosbaar worden als deze wordt geschonden. In het geval van het Higgs-veld wordt iets geproduceerd dat is vernoemd naar Jeffrey Goldstone (en een andere wetenschapper die met hem werkte, Yoichiro Nambu genaamd), een Nambu-Goldstone boson. Dit is een opgewonden of energieke vorm van het vacuüm, die kan worden gegrepen onthullend dat hierboven getoond. Dit werd voor het eerst uitgelegd door Peter Higgs.
Het zogenaamde "Mexicaanse Hoedenpotentieel"...
Vragen en antwoorden
V: Wat is het Higgsveld?
A: Het Higgsveld is een energieveld waarvan aangenomen wordt dat het in elk deel van het universum bestaat.
V: Wat is het fundamentele deeltje dat geassocieerd wordt met het Higgsveld?
A: Het fundamentele deeltje dat geassocieerd wordt met het Higgs veld is het Higgs boson.
V: Wat gebeurt er als deeltjes met het Higgsveld interageren?
A: Deeltjes die met het Higgsveld interageren krijgen "gegeven" massa en worden langzamer als ze er doorheen gaan.
V: Genereert het Higgs veld massa?
A: Nee, het Higgs veld genereert geen massa. Deeltjes krijgen massa door hun interacties met het Higgs boson.
V: Wat is het resultaat van een deeltje dat massa van het Higgsveld krijgt?
A: Het resultaat van een deeltje dat massa krijgt van het Higgs veld is dat het niet meer met de lichtsnelheid kan reizen.
V: Wat zou er gebeuren als het Higgs veld niet bestond?
A: Als het Higgsveld niet bestond, zouden deeltjes niet de massa hebben die nodig is om elkaar aan te trekken en zouden ze vrij rondzweven met lichtsnelheid.
V: Wat is het Higgs-effect?
A: Het Higgs-effect verwijst naar het proces waarbij een voorwerp massa krijgt, wat optreedt wanneer deeltjes door het Higgsveld gaan en een wisselwerking hebben met het Higgsboson.
