Higgsin bosoni
 |
Tätä artikkelia tai sen osaa on pyydetty päivitettäväksi, koska sen sisältö on osin vanhentunut. Voit auttaa Wikipediaa parantamalla artikkelia. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla. Tarkennus: Higgsin bosonia vastaava hiukkanen löydetty CERN:issä 4.7.2012 - ei kuitenkaan vielä nimetty Higgsin bosoniksi. |
| Higgsin bosoni | |
|---|---|
 Simulaatio kahden protonin yhteentörmäyksestä, jossa syntyy Higgsin bosoni |
|
| Rakenne | Alkeishiukkanen |
| Perhe | Bosoni |
| Ryhmä | Mittabosoni |
| Status | Vahvoja viitteitä löydetty [1] |
| Löydetty teoreettisesti | Peter Higgs (1964) |
| Löydetty | Vastaava bosoni löydetty 4. heinäkuuta 2012 [1] |
| Symboli | H0 |
| Massa | 125–126 GeV/c² [2][3] |
| Sähkövaraus | 0 |
| Värivaraus | 0 |
| Spin | 0 |
Higgsin bosoni eli Higgsin hiukkanen (H0) on alkeishiukkanen, jonka olemassaolon hiukkasfysiikan standardimalli ennustaa ja joka on mahdollisesti löydetty Large Hadron Colliderissa. Higgsin bosonia vastaavan bosonin, jonka massa on 125–127 GeV/c², löytämisestä raportoitiin 4. heinäkuuta 2012.[1] Bosoni todistaisi hypoteettisen Higgsin hiukkasista koostuvan Higgsin kentän, joka antaisi joillekin hiukkasille massan, olemassaolon. Tämä täydentäisi suuren puutteen standardimallissa.
Higgsin bosoni ja kenttä on nimetty aihetta ensimmäisten joukossa teoreettisesti tutkineen englantilaisen fyysikon, Peter Higgsin mukaan. Higgs oli ensimmäinen, joka onnistui ennustamaan joitakin bosonin ominaisuuksia.
Standardimallissa Higgsin bosoni on bosoni, eli hiukkanen, joita voi olla samanaikaisesti useampia samalla kvanttiluvuilla. Sillä ei ole spiniä, sähkövarausta tai värivarausta. Bosoni on myös hyvin epävakaa, ja hajoaisi muiksi hiukkasiksi hetkessä. Jos Higgsin bosonia ei löydettäisi, massalle täytyisi löytää vaihtoehtoinen selitys.[4]
Sisällysluettelo |
Teoreettinen tausta [muokkaa]
Higgsin bosonin toivotaan antavan vastauksen kysymykseen, mikä aiheuttaa massan joillekin hiukkasille kuten elektroneille mutta ei toisille kuten fotoneille. Teorian perustana pidetään kolmea vuonna 1964 Physical Review Letters -julkaisusarjassa julkaistua, sähköheikon symmetrian spontaania rikkoutumista käsitellyttä artikkelia. Nämä ovat François Englertin ja Robert Broutin "Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons", Peter Higgsin "Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons" sekä Gerald Guralnikin, Carl Rirchard Hagenin ja Tom Kibblen "Global Conservation Laws and Massless Particles"
1970-luvulla kehitetty hiukkasfysiikan standardimalli, joka selittää monia alkeishiukkasten välisiä vuorovaikutuksia menestyksekkäästi, ei kuitenkaan selitä massaa vaan kuvaa kaikki hiukkaset massattomiksi. Tähän ongelmaan ratkaisuksi kehitettiin Higgsin teoria. Teorian mukaan kaikkeuden täyttää erityinen Higgsin kenttä, joka vaikuttaa erilaisiin hiukkasiin eri voimakkuudella ja joihinkin se ei vaikuta lainkaan. Mitä suurempi kentässä liikkuvien hiukkasten vuorovaikutus kentän kanssa on, sitä suurempi massa niillä havaitaan. Higgsin hiukkanen on Higgsin kentän eksitaatio, joka on mahdollista tuottaa tarpeeksi suurienergisissä törmäytyksissä. Higgsin hiukkanen ei siis sananmukaisesti anna massaa muille hiukkasille kuten usein kerrotaan, vaan se on pikemminkin vain vahvistus sille hypoteesille, että Higgsin kenttä on olemassa.[5]
Kaikki kentät, mukaan lukien Higgsin kenttä, pyrkivät asettumaan mahdollisimman alhaiselle energiatasolle eli vakuumitilaan. Useilla kentillä kuten sähkömagneettisella kentällä tämä tapahtuu kentän arvon ollessa nolla. Higgsin kenttä kuitenkin poikkeaa tästä sillä sen energiataso on alhaisin, kun kentän arvo poikkeaa nollasta. Tämän vuoksi Higgsin kenttä ei häviä eli saa arvokseen nollaa vakuumitilassa. Tätä ilmiötä nimitetään Higgsin mekanismiksi.[5]
Kokeellinen tutkimus [muokkaa]
CERNin edellisen vaiheen LEP-kiihdytin etsi Higgsin bosoneja vuosina 1989–2001. Kokeiden perusteella voitiin päätellä, että standardimallin mukaisen Higgsin bosonin massan tulee olla vähintään 114 GeV/c². Standardimallia laajemmissa teorioissa massan alaraja voi olla tätä pienempi, esimerkiksi minimaalisessa supersymmetrisessä standardimallissa massan alaraja on noin 92 GeV/c² [6].
Fermilabin Tevatron-kiihdyttimellä on myös etsitty Higgsin bosonia. Fermilabin kokeiden perusteella on voitu poissulkea standardimallin Higgsin bosonin olemassaolo massavälillä 156–177 GeV/c² [7].
Mikäli Higgsin bosoni on olemassa, sen arvellaan löytyvän CERNiin rakennetulla LHC-hiukkaskiihdyttimellä, jota koekäynnistettiin vuonna 2008. Joulukuussa 2011 tehdyt havainnot viittasivat siihen, että se oli mahdollisesti löydetty, joskaan sitä ei vielä varmuudella tunnistettu.[8]
Heinäkuun 4. 2012 CERNin LHC:n kahden suurimman koeaseman, ATLAS:n ja CMS:n tutkijat pitivät yhteisen tiedotustilaisuuden koskien Higgsin hiukkasen etsintää. Molempien koeasemien edustajat raportoivat löytäneensä uuden hiukkasen noin 125 GeV/c²:n massan kohdalta. Hiukkanen sopii standardimallin ennustuksiin, mutta varmuutta sen luonteesta jouduttaneen odottamaan ainakin vuoden loppuun.
Tiedotustilaisuuden mukaan tieteelle ennalta tuntematon bosoni on havaittu 5.0σ:n varmuudella. Lisäksi voidaan varmuudella sanoa, että bosonin spin on nolla tai parillinen kokonaisluku. Näitä ominaisuuksia ilmentävä hiukkanen on yhteensopiva oletukseen standardimallin Higgsin hiukkasesta. Jotta löydetty uusi hiukkanen voitaisiin kiistattomasti osoittaa standardimallin Higgsin bosoniksi, tarvitaan vielä lisää tutkimusta, kuten spinin ja pariteetin mittauksia. [9][10]
14.3.2013 tiedotustilaisuudessa kerrottiin vuonna 2012 tapahtuneen uuden hiukkaslöydyn olevan Higgsin hiukkanen. Tosin se, että onko kyseessä oleva hiukkanen hiukkasfysiikan standardimallin ennustama Higgsin bosoni tarvitsee vielä lisätutkimuksia. [1]
Lähteet [muokkaa]
- Lehto Heikki, Havukainen Raimo, Leskinen Janna, Luoma Tapani: Fysiikka 8: aine ja säteily. Tammi, 2007. ISBN 978-951-26-5578-6.
Viitteet [muokkaa]
- ↑ a b c Higgs boson: scientists 99.999% sure 'God Particle' has been found Telegraph 4.7.2012
- ↑ CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson CERNin lehdistötiedote 4.7.2012. Viitattu 7.8.2012
- ↑ ATLAS 31.7.2012: 126,0 ±0,4 ±0,4 GeV/c². Viitattu 7.8.2012; CMS 31.7.2012: 125,3 ±0,4 ±0,5 GeV/c². Viitattu 7.8.2012
- ↑ Maria Korteila: Higgsin hiukkanen - muuttuuko maailmankuvamme? Tiede. 4.7.2012. Viitattu 2.10.2012.
- ↑ a b Maria Puustinen ja Oskari Ventilä: Higgsin hiukkanen. Valkoinen kääpiö, 2008, nro 1, s. 13-14. Jyväskylän Sirius. Lehden verkkoversio (PDF) Viitattu 31.8.2010.
- ↑ Particle Data Group: Gauge and Higgs bosons (PDF) 2010. Viitattu 12.8.2011. en
- ↑ Tevatron New Phenomena & Higgs working group: Combined CDF and DØ Upper Limits on Standard-Model Higgs-Boson Production 7/2011. Fermilab. Viitattu 12.8.2011. en
- ↑ Kaivattu Higgsin hiukkanen "vilahti" jo havaintolaitteissa HS 13.12.2011
- ↑ Higgs boson-like particle discovery claimed at LHC BBC 4.7.2012
- ↑ Cernin tutkijat: Higgsin hiukkasen löytyminen lähes varmaa HS 4.7.2012
Aiheesta muualla [muokkaa]
Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Higgsin bosoni Wikimedia Commonsissa- R. Brout, F. Englert (1998) "Spontaneous Symmetry Breaking in Gauge Theories: a Historical Survey". arXiv:hep-th/9802142 (englanniksi)
- Higgsin metsästäjät: Uusi hiukkanen havaittu CERN:n CMS- ja ATLAS -kokeissa
- Yle Elävä arkisto: Higgsin hiukkanen on alkeishiukkasjahdin himoituin saalis
Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta |
|
|
|---|---|
|
|
Kvarkit: u · u · d · d · c · c · s · s · t · t · b · b |
|
|
Mittabosonit: γ · g · W± · Z |
|
|
Superpartnerit: Aksiino · Chargiino · Fotiino · Gluiino · Gravitiino · Higgsiino · Neutraliino · Sfermionit |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
