Hvað er Higgs-bóseind og hvers vegna er hún stundum kölluð Guðseindin (God particle)?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvað er Higgs-bóseind og hvers vegna er hún stundum kölluð Guðseindin (God particle)?
Higgs-bóseindin er ein af þeim öreindum sem mynda hið viðtekna líkan öreindafræðinnar (e. the standard model), rétt eins og ljóseindir, rafeindir og kvarkar. Ólíkt rafeindum og kvörkum hefur Higgs-bóseindin þó aldrei sést í tilraunum og því er strangt til tekið ekki víst að hún sé til!

Öllum öreindum má skipta í tvo flokka, annars vegar bóseindir sem hafa heiltölu spuna og hins vegar fermíeindir sem hafa hálftölu spuna. Fermíeindirnar mynda hið eiginlega efni og sem dæmi um þær má nefna rafeindir og róteindir, báðar með spunatölu s = 1/2. Bóseindir eru burðareindir sem flytja krafta á milli öreinda. Dæmi um bóseind er ljóseindin sem hefur spunatölu s = 1 og er burðareind fyrir rafsegulkraftinn.

Higgs-eindin hefur spunatölu s = 0 og er því bóseind. Hún er nefnd eftir skoska eðlisfræðingnum Peter Higgs sem gat sér til um tilvist hennar árið 1964. Samkvæmt kenningu Higgs myndar ögnin svið sem nefnist Higgs-svið og fyllir allt rúmið. Higgs-sviðið líkist að nokkru rafsviði sem myndast í kringum rafeind en hefur þó mjög ólíka eiginleika því það er Higgs-sviðið sem gefur ögnum massa. Allar öreindir eins og til dæmis rafeindir og róteindir þurfa að fara í gegnum þetta svið þegar þær hreyfast og verða þá fyrir draga eða dragakrafti. Því meiri sem draginn er, þeim mun meiri er massi agnanna. Þessu má líkja við hreyfingu í sýrópi. Massi er mælikvarði á tregðu agna til að hreyfast og eins og menn vita er erfiðara að hræra með skeið í sýrópskrukku en í tebolla, það er eins og skeiðin sé þyngri þegar hrært er í sýrópinu.

Ef unnt væri að slökkva á Higgs-sviðinu þá yrðu allar öreindirnar massalausar samkvæmt viðtekna líkaninu. Higgs-bóseindin er afar mikilvægur hluti líkansins því að án hennar getur sá stærðfræðilegi rammi sem nú er notaður ekki útskýrt hvers vegna efnið í alheiminum hefur massa.

Fræðilegir útreikningar sem eru byggðir á viðtekna líkaninu koma með mikilli nákvæmni heim við niðurstöður tilrauna sem gerðar eru í tröllauknum öreindahröðlum og því eru langflestir eðlisfræðingar sannfærðir um að líkanið gefi rétta mynd af náttúrunni. Eini gallinn er sá að Higgs-bóseindin hefur aldrei sést í þessum tilraunum og hún er reyndar eina öreindin í viðtekna líkaninu sem hefur enn ekki fundist þrátt fyrir að öreindafræðingar hafi leitað hennar með logandi ljósi árum saman.

Skýringin er sú að ögnin er talin vera afar massamikil þótt enginn viti nákvæmlega hver massi hennar er. Til samanburðar má geta þess að róteind er um 1800 sinnum massameiri en rafeind en Higgs-bóseindin er að minnsta kosti 130 sinnum massameiri en róteind. Samkvæmt afstæðiskenningu Einsteins er massi jafngildur orku og þess vegna er ekkert óeðlilegt að hún hafi enn ekki sést; til þess að mynda ögnina þarf gríðarlega mikla orku. Nútímaöreindahraðlar eru einfaldlega ekki nógu kröftugir til að búa hana til.

Haustið 2000 varð uppi fótur og fit þegar vísindamenn sem störfuðu við LEP-hraðalinn í Genf tilkynntu að hugsanlega hefðu þeir orðið varir við Higgs bóseindina. Þetta var um það leyti sem ráðgert hafði verið að loka hraðlinum til að vinna við byggingu nýs og öflugri hraðals gæti hafist. Þar sem stutt var eftir af starfrækslutíma LEP fengu vísindamennirnir leyfi til að stíga bensínið í botn, ef svo má að orði komast, og reyna á ystu þolmörk hraðalsins. Hættan á að eitthvað bilaði og hraðallinn skemmdist var nokkur en það skipti ekki máli því það átti hvort sem er að slökkva á honum innan skamms; þeir höfðu engu að tapa. Með því að skrúfa allt í botn náðu þeir að búa til orkumeiri geisla en áður hafði tekist og vonuðu að orkan nægði til að framleiða eina Higgs-bóseind. Með góðum vilja gátu vísindamennirnir greint skuggann af óþekktri eind úr gögnunum en því miður var óvissan of mikil til að hægt væri að fullyrða með góðu móti að þarna hefði Higgs-bóseindin verið á ferð.

Í nóvember árið 2000 var slökkt á LEP eftir ellefu ára notkun en bygging á ennþá aflmeiri hraðli stendur nú yfir í sömu göngum og LEP var áður. Í sparnaðarskyni var ákveðið að endurnýta mannvirkin sem eru meðal annars hringlaga göng með 27 km ummál á landamærum Sviss og Frakklands. Nýi hraðallinn er kallaður LHC (Large Hadron Collider) og stefnt er að því að taka hann í notkun árið 2006. LHC verður mun öflugri en nokkur annar hraðall á jörðinni og bjartsýnir menn telja að strax fyrsta daginn verði hægt að framleiða nokkrar Higgs-bóseindir og þar með staðfesta viðtekna líkanið í öreindafræði með óyggjandi hætti.

Spyrjandi vill vita hvers vegna Higgs-ögnin sé stundum kölluð Guðseindin. Í vísindaheiminum er ögnin aldrei kölluð guðseindin enda er lítil ástæða til að blanda saman nákvæmum vísindum og guðfræði í byrjun 21. aldar. Það var Leon Lederman nóbelsverðlaunahafi í eðlisfræði sem fyrstur kallaði Higgs-bóseindina guðseind í bók sinni The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? (1993) Þessi bók er samin fyrir almenning og hefur fengið góða dóma. Lederman notar gælunafnið guðseind hugsanlega vegna þess að Higgs-ögnin hefur það sameiginlegt með Guði að hafa aldrei sést þótt margir trúi því að hún sé til.

Lesendum er bent á að þeir geta fengið að vita meira um ýmis atriði svarsins, til dæmis ljóseindir, rafeindir og róteindir, með því að setja heiti þeirra inn í leitarvél vefsins vinstra megin á skjánum.

Mynd af kápu bókarinnar The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question? fengin af vefsetrinu amazon.com...