Die Entdeckung des Higgs-Energiefeldes

Das Higgs-Feld ist das theoretische Energiefeld, das das Universum durchdringt, gemäß der Theorie, die der schottische theoretische Physiker Peter Higgs 1964 aufgestellt hat. Higgs schlug das Feld als mögliche Erklärung für die Entstehung der Masse der fundamentalen Teilchen des Universums vor, da das Standardmodell der Quantenphysik in den 1960er Jahren den Grund für die Masse selbst nicht erklären konnte. Er schlug vor, dass dieses Feld im gesamten Raum existiert und dass Teilchen ihre Masse durch Wechselwirkung mit ihm gewinnen.

Entdeckung des Higgs-Feldes

Obwohl es zunächst keine experimentelle Bestätigung für die Theorie gab, wurde sie im Laufe der Zeit als einzige Erklärung für die Masse angesehen, die allgemein als mit dem Rest des Standardmodells vereinbar angesehen wurde. So seltsam es auch schien, der Higgs-Mechanismus (wie das Higgs-Feld manchmal genannt wurde) wurde von Physikern zusammen mit dem Rest des Standardmodells allgemein akzeptiert.

Eine Konsequenz der Theorie war, dass sich das Higgs-Feld als Teilchen manifestieren könnte, ähnlich wie sich andere Felder in der Quantenphysik als Teilchen manifestieren. Dieses Teilchen heißt Higgs-Boson. Das Erkennen des Higgs-Bosons wurde zu einem Hauptziel der experimentellen Physik, aber das Problem ist, dass die Theorie die Masse des Higgs-Bosons nicht vorhergesagt hat. Wenn Sie in einem Teilchenbeschleuniger mit genügend Energie Teilchenkollisionen verursachten, sollte sich das Higgs-Boson manifestieren, aber ohne die gesuchte Masse zu kennen, waren sich die Physiker nicht sicher, wie viel Energie in die Kollisionen fließen würde.

Eine der Hoffnungen war, dass der Large Hadron Collider (LHC) genügend Energie haben würde, um Higgs-Bosonen experimentell zu erzeugen, da er leistungsstärker war als alle anderen Teilchenbeschleuniger, die zuvor gebaut wurden. Am 4. Juli 2012 gaben Physiker des LHC bekannt, dass sie experimentelle Ergebnisse gefunden haben, die mit dem Higgs-Boson übereinstimmen. Weitere Beobachtungen sind jedoch erforderlich, um dies zu bestätigen und die verschiedenen physikalischen Eigenschaften des Higgs-Bosons zu bestimmen. Die Beweise dafür sind gewachsen, so dass der Nobelpreis für Physik 2013 an Peter Higgs und Francois Englert verliehen wurde. Wenn Physiker die Eigenschaften des Higgs-Bosons bestimmen, können sie die physikalischen Eigenschaften des Higgs-Feldes besser verstehen.

Brian Greene auf dem Higgs Field

Eine der besten Erklärungen für das Higgs-Feld ist die von Brian Greene, die in der Episode von PBS vom 9. Juli vorgestellt wurde. Charlie Rose Show, Als er mit dem Experimentalphysiker Michael Tufts auf dem Programm stand, um die angekündigte Entdeckung des Higgs-Bosons zu diskutieren:

Masse ist der Widerstand, den ein Objekt bietet, wenn sich seine Geschwindigkeit ändert. Du nimmst einen Baseball. Wenn Sie es werfen, fühlt sich Ihr Arm Widerstand. Ein Schusswechsel, Sie spüren diesen Widerstand. Das gleiche gilt für Partikel. Woher kommt der Widerstand? Und es wurde die Theorie aufgestellt, dass der Raum vielleicht mit einem unsichtbaren "Stoff", einem unsichtbaren melasseähnlichen "Stoff", gefüllt ist, und wenn die Partikel versuchen, sich durch die Melasse zu bewegen, fühlen sie einen Widerstand, eine Klebrigkeit. Es ist diese Klebrigkeit, aus der ihre Masse stammt. Das schafft die Masse.

… Es ist ein schwer fassbares, unsichtbares Zeug. Du siehst es nicht. Sie müssen einen Weg finden, um darauf zuzugreifen. Und der Vorschlag, der jetzt Früchte zu tragen scheint, lautet: Wenn Sie Protonen und andere Partikel mit sehr hohen Geschwindigkeiten aufeinanderschlagen, wie es beim Large Hadron Collider der Fall ist, können Sie die Partikel mit sehr hohen Geschwindigkeiten aufeinanderschlagen manchmal die Melasse wackeln und manchmal einen kleinen Fleck der Melasse herauswischen, der ein Higgs-Partikel wäre. Also haben die Leute nach diesem kleinen Partikel gesucht und jetzt sieht es so aus, als wäre er gefunden worden.

Die Zukunft des Higgs-Feldes

Wenn sich die Ergebnisse des LHC ändern, erhalten wir ein vollständigeres Bild davon, wie sich die Quantenphysik in unserem Universum manifestiert, wenn wir die Natur des Higgs-Feldes bestimmen. Insbesondere werden wir ein besseres Verständnis der Masse erlangen, was uns wiederum ein besseres Verständnis der Schwerkraft geben kann. Derzeit berücksichtigt das Standardmodell der Quantenphysik nicht die Schwerkraft (obwohl es die anderen fundamentalen Kräfte der Physik vollständig erklärt). Diese experimentelle Anleitung kann theoretischen Physikern dabei helfen, eine Theorie der Quantengravitation zu entwickeln, die für unser Universum gilt.

Es kann sogar Physikern helfen, die mysteriöse Materie in unserem Universum zu verstehen, die als dunkle Materie bezeichnet wird und nur durch Gravitation beobachtet werden kann. Möglicherweise bietet ein besseres Verständnis des Higgs-Feldes auch einige Einblicke in die abstoßende Schwerkraft, die durch die Dunkle Energie gezeigt wird, die unser beobachtbares Universum zu durchdringen scheint.