جرم و نوترينو‌هاي جرم‌دار و ميدان هيگز (قسمت دوم)

مفهوم جرم، و بوزون هیگز:

نیروی الکترومغناطیس نیرویی است که حاملان آن فوتون آشنای الکترومغناطیس و بوزون‌های W و Z هستند. W و Z مسئول برهمکنش ضعیف‌اند که نه تنها همجوشی در خورشید را موجب می‌شوند بلکه عامل برخی انواع پرتوزا ایی هستند. اما، اگر این اثرها اینقدر در هم تنیده‌اند، چرا در تجربه‌های روزانه یعنی در دماها و انروژی‌های به نسبت کم، به ظاهر این اندازه متفاوتند؟
یک دلیلش این است که ذره انتقال‌دهنده‌ی نیروی الکترومغناطیسی یعنی فوتون، بی‌جرم است. حال آنکه جرم بوزون‌های W و Z که با نیروی ضعیف مرتبط‌اند، بسیار بزرگ است و هر کدام وزنی به اندازه‌ی اتم نقره دارند.
مدل استاندارد ذرات بنیادی و نیروهای میان آنها توضیحی از جرم ارائه می‌کند و آن را نتیجه میدان جدیدی می‌داند که به احترام پیتر هیگز، میدان هیگز نامیده شده است.
هیگز یکی از نخستین کسانی بود که در سال ۱۹۹۴ به این امکان نظری پی برد.
میدان هیگز هم در تمام فضا گسترده است. بنا به این نظریه، اگر میدان هیگز وجود نمی‌داشت، ذره‌های بنیادی هم جرم نمی‌داشتند. بخشی از آنچه ما جرم می‌شماریم، حاصل برهم‌کنش‌ها میان ذره‌ها و میدان هیگز است. فوتون‌ها با میدان هیگز برهم‌کنش ندارند و بنابراین بی‌جرم‌اند. بوزون‌های W و Z برهم‌کنش دارند و از این راه جرم بزرگ خود را کسب می‌کنند.

مدل استاندارد و بوزون هیگز

فرض بر آن است که اجزای سازنده‌ی ماده، کوارک‌ها و لپتون‌هاف نیز جرمشان را از برهم‌کنش با میدان هیگز به دست می‌آورند. درست همانطور که میدان‌های الکترومغناطیسی بسته‌های کوانتومی به نام فوتون می‌سازند، میدان هیگز هم باید به صورت “بوزون‌های هیگز” نمایان شود. در نظریه اصلی هیگز تنها یک نوع بوزون هیگز وجود داشت، اما اگر ابرتقارن راست باشد، باید خانواده‌ای از این ذرات وجود داشته باشد.
اگرچه اندازه‌گیری دقیقی که در لپ (LEP) و دیگر شتابدهنده‌ها انجام گرفته، با ریاضیات کوانتومی و مدل استاندارد آمیخته شود،‌ آن‌وقت نظریه‌دان‌ها می‌توانند انرژی‌هایی را تعیین کنند که در آن بوزون‌ هیگز یا هرچیزی که جرم را به وجود می‌آورد، آشکار می‌شود.

این محاسبه‌ها نشان می‌دهد که تخمه‌ی جرم درست یک میلیونم یک میلیونم ثانیه پس از انفجار بزرگ، هنگامی که دما به زیر ده‌هزار میلیون میلیون درجه رسیده بود، در تار و پود عالم کاشته شد. شاید تواترون بهینه‌شده آزمایشگاه فرمی بتواند نخستین نشانه‌های بوزون هیگز را ثبت کند. با این حال، انجام کاوشی اختصاصی در این گسترده انرژی، که در آن راز جرم باید گشوده گردد، نیازمند برخورددهنده‌ی بزرگ هادرون (LHC) در سرن (CERN) می‌باشد.