Fizyka dla każdego

od Marii Skłodowskiej, która badała w swojej pracy doktorskiej nieznane promieniowanie pochodzące z uranu, radu, polonu.  

wydzielili w tym promieniowaniu trzy składniki; alfa, beta, gamma. Alfa to jądra helu, gamma to wysokoenergetyczne światło, a beta – to elektrony, jak w lampie kineskopowej.

nie mamy problemu:  to fragmenty jąder uranu, polonu, radu. Gamma – to rozbłysk towarzyszący rozpadowi. Zagadką były rozpady beta.

to rozpad neutronu na proton. Problem w tym, że w podobnych rozpadach, beta plus, proton związany w jądrze atomowym rozpada się na neutron. Co jest elementarne? Proton czy neutron? 

Oba składają się z trzech kwarków. Albo kwark down zamienia się na up, albo na odwrót. Ale zdarza się to dość rzadko. 

down na up, pojawiają się jeszcze dwie cząstki – elektron i lekkie, przenikliwe (anty)neutrino. A stadium pośrednim w ich powstaniu jest tak zwany bozon W^-.

naładowany elektrycznie foton, jak to na początku lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku przewidziano teoretycznie, a potwierdzono doświadczalnie w CERNie w 1983 roku. 

oddziaływanie elektromagnetyczne, tak bozony W (W⁺ i W^- o masie 81GeV/c²) i nieco cięższy bozon neutralny Z (92 GeV/c²) są pośrednikami w rozpadach kwarków. 

przez W i Z (oddziaływań słabych) jest bardzo krótki (10^-17m). Wynika to z dużej masy tych bozonów. A teoria przewidywała zerową masę tych bozonów. 

dodatkową teorię, która zakłada, że masa bozonów W i Z pojawia się jako skutek ich oddziaływania z innym polem, dziś zwanym polem Higgsa.

który przewidział, że pole to może mieć własną cząstkę. Istnienie bozonu Higgsa (o masie 126 GeV/c²) potwierdzają od 2011 kolejne doświadczenia w CERN-nie.

bozon Higgsa (nazwany przez L. Ledermana „boską cząstką”) i czy jest on tylko jeden – tego na razie nie wiemy. 

że Peter Higgs i drugi z żyjących dziś twórców teorii (Francois Englert) otrzymali w 2013 Nagrodę Nobla. 

za masę kwarków (up – około 4-6 GeV, down 6-9) i leptonów (elektron 0,5 GeV). Ogromna masa trój-kwarkowego protonu (911 GeV) bierze się z innych efektów. 

Wzajemnych oddziaływań składników protonu, na pewno relatywistycznych, ale tak do końca to tego nie wiemy. Jak pisze Pani Profesor Teresa Tymieniecka z CERN, będzie to tematem kolejnych badań przy akceleratorze LHC. 

PS

Szanowny Panie Profesorze,

To bardzo trudne zadanie - wytłumaczyć sens cząstki Higgsa. Na ostatnim zebraniu dydaktyki fizyki w CERNie, nie ustalona niczego.

Wiemy nieco za mało o Higgsie, aby dobrze popularyzować tę wiedzę. Oddziaływania pola Higgsa wymagają wielu testów, aby zrozumieć, czy Higgs odpowiada za masę przysłowiowego stołu.

Łącze wyrazy szacunku
Prof. dr hab. Teresa Tymieniecka