A Higgs-mező az az elméleti energiamező, amely áthatja az univerzumot, a skót elméleti fizikus, Peter Higgs 1964-ben kifejtett elmélete szerint. Higgs javasolta a mezőt, mint lehetséges magyarázatot az univerzum alapvető részecskéinek kialakulására tömeg, mert az 1960-as években a kvantumfizika standard modellje valójában nem tudta megmagyarázni a tömeg okát. Azt javasolta, hogy ez a mező létezzen az egész űrben, és hogy a részecskék megszerezzék tömegüket azzal, hogy kölcsönhatásba lépnek vele.
A Higgs-mező felfedezése
Noha az elmélethez kezdetben nem volt kísérleti igazolás, az idő múlásával látni lehetett az egyetlen magyarázat a tömegre, amelyet széles körben úgy tekintenek, mint amely összhangban áll a többi standarddal Modell. Milyen furcsának tűnt, hogy a Higgs-mechanizmust (amint azt gyakran nevezték a Higgs-mezőnek) általában a fizikusok körében széles körben elfogadták, a standard modell többi részével együtt.
Az elmélet egyik következménye az volt, hogy a Higgs-mező részecskeként manifesztálódhat, ugyanúgy, ahogyan a kvantumfizika más területei szemcsékként nyilvánulnak meg. Ezt a részecskét Higgs-bozonnak hívják. A Higgs-bozon felismerése a kísérleti fizika egyik fő céljává vált, ám a probléma az, hogy az elmélet valójában nem jósolta meg a Higgs-bozon tömegét. Ha elegendő energiájú részecske-ütközést okozott egy részecske-gyorsítóban, a Higg-bozonnak meg kell jelennie, de anélkül, hogy tudnák a tömeget, amelyet kerestek, a fizikusok nem voltak biztosak abban, hogy mennyi energiára van szükség a ütközések.
Az egyik hajtó remény az volt, hogy a nagy hadroncsatorna (LHC) elegendő energiával rendelkezik a Higgs előállításához. a boszonokat kísérletileg, mivel erősebb volt, mint bármely más korábban épített részecskegyorsító. 2012. július 4-én az LHC fizikusai bejelentették, hogy a Higgs-boszonnal összhangban lévő kísérleti eredményeket találtak, bár további megfigyelésekre van szükség ennek megerősítéséhez és a Higgs különféle fizikai tulajdonságainak meghatározásához bozont. Az ezt alátámasztó bizonyítékok annyira növekedtek, hogy a 2013. évi Nobel-díjat fizikai tudományban Peter Higgs és Francois Englert ítélték oda. Mivel a fizikusok meghatározzák a Higgs-bozon tulajdonságait, ez segít nekik jobban megérteni magának a Higgs-mezőnek a fizikai tulajdonságait.
Brian Greene a Higgsi pályán
A Higgs-mező egyik legjobb magyarázata Brian Greene-nek ez a példája, amelyet a PBS július 9-i epizódjában mutattak be. Charlie Rose Show, amikor megjelent a programban Michael Tufts kísérleti fizikussal, hogy megvitassák a Higgs-bozon bejelentett felfedezését:
A tömeg az az ellenállás, amelyet egy tárgy kínál a sebességének megváltoztatására. Vesz egy baseball-ot. Amikor dobja, a karja ellenállást érez. Lövés, ezt az ellenállást érzed. Ugyanígy van a részecskéknél is. Honnan származik az ellenállás? És azt az elméletet terjesztették elő, miszerint a teret láthatatlan "dolgok", láthatatlanok töltötték meg melaszszerű "cucc", és amikor a részecskék megpróbálnak átmenni a melaszon, ellenállást éreznek, a ragadósság. A ragasztás az, ahonnan származik tömegük... Ez létrehozza a tömeget ...
... ez egy megfoghatatlan láthatatlan dolog. Nem látod. Meg kell találnia valamilyen módot annak elérésére. És a javaslat, amely most látszik gyümölcsöt hoz, ha protonokat és más részecskéket összecsap, nagyon-nagyon nagy sebességgel, ami történik a Nagy hadron ütközőnél... nagyon nagy sebességgel összecsapja a részecskéket, néha kiugorhat a melaszon, és néha kisugrani a melasz kis pontját, ami Higgsz részecske lenne. Tehát az emberek a részecske azon kis darabját keresték, és most úgy tűnik, hogy megtalálták.
A Higgs-mező jövője
Ha az LHC eredményei nem jelennek meg, akkor a Higgs-mező természetének meghatározásakor teljes képet kapunk arról, hogy a kvantumfizika hogyan jelenik meg az univerzumban. Pontosabban, jobban megismerjük a tömeget, ami viszont jobb megértést nyújthat nekünk a gravitációról. Jelenleg a kvantumfizika standard modellje nem veszi figyelembe a gravitációt (bár teljesen magyarázza a másikota fizika alapvető erői). Ez a kísérleti útmutatás segítséget nyújthat az elméleti fizikusoknak a kvantum gravitáció ami vonatkozik a világegyetemünkre.
Ez még a fizikusok számára is segíthet megérteni világegyetemünk titokzatos anyagát, úgynevezett sötét anyagot, amelyet csak gravitációs befolyás révén lehet megfigyelni. Vagy potenciálisan a Higgs-terület jobb megismerése bizonyos betekintést nyújthat a sötét energia úgy tűnik, hogy áthatolja a megfigyelhető világegyetemet.