Seuraa 
Viestejä91
Liittynyt20.12.2015

Olen kuullut, että Higgsin hiukkanen antaa hiukkasille massan. Miten? Massa on energiaa, joten se antaa energiankin. Toisaalta massa aiheuttaa gravitaation ja gravitaatio on neliulotteisen aika-avaruuden kaareutumista, joten kaareuttaako Higgs avaruutta? Kuinka? En tajua mitään, kuulostaa vaikeasti ymmärrettävältä. Voisiko joku vähän selventää?

Pimeästä aineesta emme tiedä mitään - tai tiedämmepäs: Higgs antaa kai sillekin massan?

(Onko koko Higgsin hiukkanen osa suurta kusetusta, millä oikeutetaan tuhansien fyysikoiden palkat ja kalliit CERN-.rakennelmat? Nykypäivän fysiikan hölynpölyä?)

Kommentit (14)

Neutroni
Seuraa 
Viestejä30891
Liittynyt16.3.2005

Käyttäjä921 kirjoitti:
Olen kuullut, että Higgsin hiukkanen antaa hiukkasille massan. Miten?

Inertian, älä minulta kysy miten.

Lainaus:
(Onko koko Higgsin hiukkanen osa suurta kusetusta, millä oikeutetaan tuhansien fyysikoiden palkat ja kalliit CERN-.rakennelmat? Nykypäivän fysiikan hölynpölyä?)

Kuka on tuollaisen kusetuksen alullepanija ja mitä hän hyötyy siitä? Fyysikoiden palkat ja "kalliit" mittalaitteet ovat mitättömiä muruja valtioiden budjeteissa ja niistä on vaikea vetä välistä isoja rahoja. Miksei tuollaiseen kusetukseen kykenevä kusettaisi ennemmin valtiolta vaikka jotain energiafirmaa, niin saisi paljon helpommalla kymmeniä kertoja enemmän hyötyä? Tai menisi liike-elämän palvelukseen ja kusettaisi monen CERNin hintaa maailman suuryrityksiltä?

WSolsticeHOu
Seuraa 
Viestejä3618
Liittynyt3.1.2016

Käyttäjä921 kirjoitti:
Olen kuullut, että Higgsin hiukkanen antaa hiukkasille massan. Miten? Massa on energiaa, joten se antaa energiankin. Toisaalta massa aiheuttaa gravitaation ja gravitaatio on neliulotteisen aika-avaruuden kaareutumista, joten kaareuttaako Higgs avaruutta? Kuinka? En tajua mitään, kuulostaa vaikeasti ymmärrettävältä. Voisiko joku vähän selventää?

Pimeästä aineesta emme tiedä mitään - tai tiedämmepäs: Higgs antaa kai sillekin massan?

(Onko koko Higgsin hiukkanen osa suurta kusetusta, millä oikeutetaan tuhansien fyysikoiden palkat ja kalliit CERN-.rakennelmat? Nykypäivän fysiikan hölynpölyä?)

Fyysikot ovat keksineet "pyörän" uudestaan.

Kirkko työllistää omansa, aivan kuten fyysikotkin.

CERN on iso kirkko.

Iso turistirysä sitten myöhemmin.

Ikuista kierrätystä. Mr. Nice Pressure

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5753
Liittynyt26.3.2005

Kysyjälle:

Ursalta on ilmestynyt mainio kirja LHC:stä ja Higgsistä: Maailmanlopun hiukkanen. Helppolukuista tekstiä (vaikkakin paksu opus). Sen luettuasi tiedät jo kaiken mitä taviksien tuleekin ja tarvitsee tietää Higgsistä.

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5753
Liittynyt26.3.2005

Ennen sitä, aivan lyhyesti. Kuten Neutroni sanoi, bosoni ei anna kellekään massaa, vaan Higgsin kenttä. Bosonin löytö oli tärkeä vain sentähden, että jos on bosoni on myös sitä vastaava kenttä. Kenttä antaa kuitenkin massan vain joillekin alkeishiukkasille (esim fotoni ja gluonit jäävät nollaksi). Kenttä häärää kosmoksessa kuitenkin hyvin vaatimattomasti. Eli esim protonin ja neutronin massoista vain 1,5%. Eli kaikesta siitä, mistä (näkyvä) kosmos muodostuu. Gravitaatiolla ja Higgsillä ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa.

Higgs on kuitenkin äärettömän tärkeä (elämällemme) kosmoksessamme lähinnä elektronin massan osalta.

Fyysikot ovat tutkineet kenttää nyt hyvin pitkälle ja sen ominaisuuksista on nyt paljon perustietoa. Myös bosonin löydön varmuus on kasvanut 7 sigmaan.

Higgs ei (todennäköisesti) anna massaa pimeälle aineelle eikä neutriinoille.

Kusetusoletukset omaan arvoonsa. LHC:ssä tehdään vakavaa tiedettä.

QS
Seuraa 
Viestejä4757
Liittynyt26.7.2015

Käyttäjä921 kirjoitti:
Olen kuullut, että Higgsin hiukkanen antaa hiukkasille massan. Miten? Massa on energiaa, joten se antaa energiankin. Toisaalta massa aiheuttaa gravitaation ja gravitaatio on neliulotteisen aika-avaruuden kaareutumista, joten kaareuttaako Higgs avaruutta? Kuinka? En tajua mitään, kuulostaa vaikeasti ymmärrettävältä. Voisiko joku vähän selventää?

Pimeästä aineesta emme tiedä mitään - tai tiedämmepäs: Higgs antaa kai sillekin massan?

(Onko koko Higgsin hiukkanen osa suurta kusetusta, millä oikeutetaan tuhansien fyysikoiden palkat ja kalliit CERN-.rakennelmat? Nykypäivän fysiikan hölynpölyä?)

En tunne uusimpia tutkimuksia alkuräjähdyksen aikaisesta Higgsin kentästä enkä Higgsin merkityksestä kvanttigravitaatioteorioissa tai supersymmetrioissa, mutta perinteisestä Higgsistä muutama sana:

Ajatus Higgsin kentästä syntyi standardimallin yhteydessä kun W+, W-, Z mittabosoneille tuli saada massa. Mikäli näille annetaan massa yksinkertaisena massaparametrina (vrt. klassisessa mekaniikassa kilon mötikän massa m), niin teoria ei toimi. Jos yhtälöihin yritetään työntää valmiina parametrina massa m, niin yhtälöt eivät toimi.

Toisaalta ilman massaa mittabosonien ominaisuudet ovat järjettömiä, joten massa oli jostain saatava.

Tätä varten syntyi teoria kentästä, joka antaa massan vuorovaikuttaessan joidenkin hiukkasten kanssa. Teorioissa tällä on nimi: sähköheikko symmetriarikko. Higgs ei kuitenkaan vuorovaikutan esim. fotonin tai gluonin kanssa, jotka säilyvät massattomina. Myöskään neutriinoon Higgs ei toimi, havainnot ja teoria eivät vastaa toisiaan, ja on todettu että Higgs ei voi olla neutriinon massan alkuperä.

Arkipäiväisen "aineen" massasta vain pari prosenttia on peräisin Higgsin mekanismista. Loput on suurimmaksi osaksi atomien ytimissä vaikuttavan vahvan vuorovaikutuksen energiasta syntyvää massana käyttäytyvää energiaa. Tuota massan syntymekanismia ei tunneta kunnolla.

Higgsin kenttä on kaikkialla avaruudessa, se ei liiku. Higgsin bosoneja ei kulje vapaana, vaan Higgsin bosoni on eräällä tavalla keinotekoisesti ylienergiseksi viritetty Higgsin kentän kvantti, joka näin saadaan näkymään hiukkasena, joka hajoaa lyhyessä ajassa muiksi hiukkasiksi.

Higgsin kenttä ei "jarruta" hiukkasten kulkua, se antaa vain massatermin yhtälöissä. Inertian selittäjäksi Higgsistä ei ole, inertia on perustavanlaatuisempi luonnon ominaisuus, joka kertoo miten massalliset hiukkaset käyttäytyvät nopeuden, liikemäärän jne suhteen.

QS
Seuraa 
Viestejä4757
Liittynyt26.7.2015

Jatkan vielä lauseen verran: Jos Higgsin kenttää yrittäisi mieltää ihmisen maailmasta käsin, niin voisi ajatella siten, että kun hiukkanen kulkee avaruudessa, niin sen päälle "sataa" higgsin kentästä liukasta kitkatonta tavaraa. Tämän tavaran määrä on yhtä kuin massa m. Hiukkset eivät menetä energiaansta saadessaan tuota tavaraa päällensä, eivätkä ne hidastu sen takia. Sitä ikäänkuin "sataa päälle" jokapaikassa siellä missä hiukkanenkin on, kuitenkin siten, että hiukkasella on vain tietty määrä tuota "tavaraa" pinnallaan, se ei kumuloidu tai lisäänny matkanteon aikana, eikä sitä karise poiskaan.

Että sellaista. Joo... : )

JPI
Seuraa 
Viestejä26698
Liittynyt5.12.2012

Quantum State kirjoitti:
Jatkan vielä lauseen verran: Jos Higgsin kenttää yrittäisi mieltää ihmisen maailmasta käsin, niin voisi ajatella siten, että kun hiukkanen kulkee avaruudessa, niin sen päälle "sataa" higgsin kentästä liukasta kitkatonta tavaraa. Tämän tavaran määrä on yhtä kuin massa m. Hiukkset eivät menetä energiaansta saadessaan tuota tavaraa päällensä, eivätkä ne hidastu sen takia. Sitä ikäänkuin "sataa päälle" jokapaikassa siellä missä hiukkanenkin on, kuitenkin siten, että hiukkasella on vain tietty määrä tuota "tavaraa" pinnallaan, se ei kumuloidu tai lisäänny matkanteon aikana, eikä sitä karise poiskaan.

Että sellaista. Joo... : )

Oikein hyvät kirjoitukset Higgsistä sulla tuossa!

3³+4³+5³=6³

Kasvisruoka2
Seuraa 
Viestejä4412
Liittynyt29.8.2015

Hyvä, että jotkut jaksavat meille maallikoille vääntää näitä asioita rautalangasta.

Fysiikkani kuitenkin aikuisiällä perustuu lukion fysiikkaan ja Esko Valtaojan ja Kari Enqvistin kirjoituksiin. No jonkun verran Stephen Hawkingin, Fred adamsin ja Greg Laughlininkin populaarikirjoituksiin.

Ruhollah.

Goswell
Seuraa 
Viestejä12190
Liittynyt8.3.2010

Quantum State kirjoitti:
Jatkan vielä lauseen verran: Jos Higgsin kenttää yrittäisi mieltää ihmisen maailmasta käsin, niin voisi ajatella siten, että kun hiukkanen kulkee avaruudessa, niin sen päälle "sataa" higgsin kentästä liukasta kitkatonta tavaraa. Tämän tavaran määrä on yhtä kuin massa m. Hiukkset eivät menetä energiaansta saadessaan tuota tavaraa päällensä, eivätkä ne hidastu sen takia. Sitä ikäänkuin "sataa päälle" jokapaikassa siellä missä hiukkanenkin on, kuitenkin siten, että hiukkasella on vain tietty määrä tuota "tavaraa" pinnallaan, se ei kumuloidu tai lisäänny matkanteon aikana, eikä sitä karise poiskaan.

Että sellaista. Joo... : )

Helvetti, nostan hattua, oikein hyvä kirjoitus. En minä tuota osta mutta oikein hyvä. Voisit vielä tarkemmin selittää miksi se tavallinen massa ei sovi kuvioon, missä tilanteissa se massan esiintyy ja missä se olisi haitaksi.

Minun mielestä noin.

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5753
Liittynyt26.3.2005

Pieni lisä Quantum Staten kirjoitukseen. Supersymmetria: standardimallissahan Higgsin kenttä saa alkunsa neljästä samanmassaisesta skalaarikentästä. Symmetrian rikkouduttua W ja Z bosonit syövöt niistä kolme ja jäljelle jää yksi Higgsin bosoni, joka havaitaan. Supersymmetriassa täytyy skalaarikenttien määrä tuplata. Kun Higgs saa nollasta poikkeavan arvon (246 GeV), kolme skalaarikenttää tulee syödyksi ja jäljelle jää viisi erilaista Higgsin bosonia. Yhdellä on +sähkövaraus, yhdellä –sähkö ja kolme muuta varauksettomia. Eli meillä on viisi Higgsin bosonia. Eli on mahdollista, että nyt löytämämme 125 GeV bosoni on vain yksi viidestä. Tosin tuo 125 GeV on hieman liian painava sopiakseen (suoraan) kuvaan. Ja kuten muistamme, äskettäin saatiin pienoisia vihjeitä 750 GeV:n hiukkasesta.

Inflaation aika: jossain vaiheessa alkoi Higgsin kenttää ”paleltamaan” ja se jäätyi nykyiseen nollasta poikkeavaan arvoonsa ja sähköheikko symmetria rikkoutui (ja näin fermionit sekä W ja Z saivat massansa). On mahdollista, että inflaation aikana Higgsin kenttä on ollut useammin kuin yhden kerran on/off tilassa.

Tavallinen (baryoninen) aine: tosiaan Higgsi häärää vaatimattomasti, vain noin 1,5% protonin ja neutronin massoista. Suurin osa tulee nukleonien sekä gluonien ja kvarkki/antikvarkki parien valonnopeudesta tai lähes valonnopeudesta sekä värivoiman energiasta. Itse ”ydinvoima” taasen on vain lievästi polarisoitunut jäännösvoima nukleonien sisällä tapahtuvasta (ja esitetään virtuaalisten pionien vaihtona).

Neutriinot: todennäköisesti Higgs ei anna täällä massaa. Neutriinojen kohdalla tehtiin aikoinaan standarditeoriassa oletus, että ne ovat massattomia. Nyt lähinnä oskillaatioiden takia ne on julistettu massallisiksi (tosin helvetin kevyiksi). Jos standarditeroriaan sisällytetään ns oikeakätiset neutriinot (Majorana), tulisi probleema ratkaistuksi.

Higgsin bosoneja ei, kuten Quantum State totesi, hillu avaruudessa vapaana. Muistamme, että LHC:ssäkin täytyi kenttää kutittaa oikein julmalla (8 TeV) energialla ennenkuin joitain saatiin syntymään. Itse hiukkasta ei koskaan ”nähty”, se hajoaa noin 10^-21 sekunnissa (ja kerkeää vaeltamaan noin sentin miljardisosan verran). Mutta sen hajoamistuotteiden suhteet tunnetaan tarkasti (LHC:ssä tärkein ja taustakohinaton hajoamiskanava, jota sekä ATLAS ja CMS tutkailivat oli virtuaalikvarkkien kautta kahdeksi fotoniksi). Päähajoamiskanavia LHC:ssä oli neljä. Viimeisten tietojen mukaan Higgsin löytö on varmistunut 7 sigmaan.

Itse hiukkasen ominaisuuksia on varmistettu monia: ensinnäkin sen täytyy olla bosoni, koska se hajoaa esim kahdeksi fotoniksi, kahdeksi W tai Z bosoniksi, fermioni/antifermioni pariksi. Aina fermionien ja antifermionien summa on nolla. Myös sähköisesti neutraali, hajoamistuotteiden varaussumma nolla. Sitten spin ja pariteetti: ennuste nolla ja parillinen. Havainnot tosiaan poissulkevat muut mahdollisuudet.

QS
Seuraa 
Viestejä4757
Liittynyt26.7.2015

LTaidoton täsmensikin hyvin.

Goswell kysyi, miksi massa on niin hankala termi teorioissa. Tätä on vaikeampi kuvailla. Hiukkastason teorioissa on luonnon symmetrioista periytyviä vaatimuksia. Nämä näkyvät usein invariansseina.

Esimerkki konkreettisemmasta invarianssista (muuttumattomuus) löytyy suhteellisuusteoriasta: Luonnonlait toimivat samalla tavalla riippumatta inertiaalista. Paikallaan asemarakennuksessa Newtonin lait ovat samat kuin lähes valon nopeudella tasaisesti liikkuvassa junassa. Kyseessä on invarianssi. Kun pallon heittää tarkasti ylöspäin niin se putoaa kämmenelle sekä asemalla että supernopeassa junassa. Tätä voi kutsua myös luonnon symmetriaksi.

Hiukkastasolla on monimutkaisempia symmetrioita ja invarianssivaatimuksia, mutta jos sähköheikossa teoriassa esimerkiksi fermionien energiaa kuvaavaan funktioon (Lagrangen tiheys) liitetään massatermi sellaisenaan, se rikkoo ikävästi tärkeitä symmetrioita (tarkemmin su(2) x u(1) mittasymmetrian). Tilanne olisi yhtä hölmö, kuin jos Newtonin lait toimisivat eri tavalla junassa ja hevoskärryissä...eihän luonnosta saisi mitään loogista irti.

Symmetria ei rikkoutuisi, jos elektronit olisivat massattomia, mutta kokeellisesti tiedetään, että se on mahdotonta. Symmetrioita saadaan rikkoa perustelluilla syillä. Esimerkiksi se, että jotkin kuut kiertävät planeettoja ellipsirataa ympyräradan sijasta, on symmetriarikko. Ympyräsymmetrian rikkoutumisen syy löytyy kiertolaisen suuresta alkunopeudesta, joka johtaa ellipsirataan. (yksinkertaistettu esimerkki tosin)

Luonnosta löytyy myös spontaaneja symmetriarikkoja. Magneetti on eri suunnista katsottuna erilainen, koska magneettikenttä osoittaa eri suuntiin. Ei-magneettinen rautamöhkäle taas on symmetrinen magnetismin suhteen, koska näyttää joka suunnasta samalta. Magneetin symmetriarikko on spontaani, hiukkaset ovat asettuneet tiettyyn järjestykseen, koska luonto nauttii energiaedullisista tiloista, ja tuo on sellainen. Syy ei ole ulkoinen vaan luonnon oma spontaani symmetriarikko.

Elektronin massalla täytyy olla järkevä mekanismi, jotta ylempänä mainitut symmetriat saadaan rikottua perustellulla syyllä - muutoin kyse olisi kaaoksesta ja yhtälöt räjähtelevät käsiin.

Mukaan tuotiin tyhjiössä oleva kenttä, joka kytkeytyy fermionikenttiin ja asettaa niille massatermin siten, että tärkeät luonnon invarianssit säilyvät. Löytyi vahva teoreettinen selitys sille, miten luonto antaa massan fermioneille ja tietyille bosoneille, vaikka se on periaatteessa epäedullista luonnon kannalta. Symmetrioiden takia niiden pitäisi olla massattomia.

Higgsin bosonin löydyttyä tämäkin teoreettisen fysiikan tulos sai vahvistuksen.

Aina voidaan kysyä, että miksi luonto haluaa joskus rikkoa symmetrioita. Siihen ei kait ole helppo vastata....

Sorry pitkästä tarinasta, korjailkaa jos oikaisin liikaa.

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5753
Liittynyt26.3.2005

Tarina on hyvä, en korjaile, voin täydentää.

Heikkojen vuorovaikutusten symmetriat olivat/ovat yksi hiukkasfysiikan menestystarinoista, joka sitten huipentui Higgsin bosonin löytymiseen. Tarina ei toki ole valmis, vaan (melko) varmasti jatkuu. Koko supersymmetriahan on vielä täysin teoria-asteella ilman yhtäkään selvää koetulosta (puhumattakaan esim. supersäieteoriasta).

Kun puhutaan "spontaaneista" symmmetririkoista (Higgsin tapauksessa) niin moni saattaa arvella henkimaailman asioiksi. Itse asiassa tällä halutaan vain sanoa, että symmetria on kyllä olemassa ja että se piileskelee yhtälöissä, mutta jokin seikka maailmassamme kiinnittää sen johonkin suuntaan. Sähköheikossa teoriassa se on Higgsin kentän ”jäätyminen” ,ei nolla-asentoon, vaan nollasta eriävään. Fysiikan lait taustalla pysyvät kuitenkin muuttumattomina.

Ilman symmetriarikkoa Higgsin bosoneja olisi neljä erilaista. Kuten aiemmin sanoin, symmetriarikossa heikon vuorovaikutuksen kolme mittabosonia syö niistä kolme ja ne muuttuvat massallisiksi W ja Z bosoneiksi (ja yksi jää Higgsiksi).

Mitä jos symmetria ei olisikaan rikkoutunut? Tai ainakaan niin paljoa. Jos Higgsi olisi lähempänä nollaa. Protonin ja neutronin kohdalla ei dramaattisia muutoksia (koska Higgsillä niin pieni vaikutus). Mutta esim elektronin tapauksessa seuraukset olisivat valtavat. Elektronihan ”kiertää” ydintä niin lähellä kuin pystyy (jos se on liian kaukana, niin säteilee fotonin pois).  Raskaat hiukkaset vaativat pienen tilan, kevyet suuremman. Eli atomin koko riippuu elektronin massasta (511.000 eV). Jos pienempi, niin atomin koko kasvaisi. Osalle aineesta tällä olisi suuria vaikutuksia. Tavalliselle vedelle ei juuri mitään, mutta dna tai proteiinit menisivät aivan sekaisin. Kaikki elämä päättyisi välittömästi. Tietysti kaikissa muissa hiukkasissa vastaavia muutoksia, mutta elämän kannalta elektroni olisi avainasemassa.

Higgsin kentän liikuttelu ei kuitenkaan ole pikkuasia. Takaisin nollaan vaatisi jumalattomat energiat – enemmän kuin koko havaittavasta universumista löytyisi. Alun bijoonasosasekunttien aikana lämpötila oli kuitenkin kolossaalinen ja kenttää tuupittiin jatkuvasti. Kentän arvo hyppi jatkuvasti sinne tänne, mutta keskiarvo oli nolla. Eli tuolloin symmetria säilyi, ei ollut rikkoutunut. Se rikkoutui tuossa kuuluisassa sähköheikon faasimuutoksessa (kun rupesi palelemaan).

Higgsin kenttä on kuitenkin kvanttikenttä. Ja sekin fluktuoi kaikkien kvanttisysteemien tapaan. Kentät voivat myös tietyissä oloissa tunneloitua. Higgsi lepää nyt 246 GeV:n ”montussa”. Jos lähistöllä sattuisi olemaan matalampi, energeettisesti edullisempi monttu, niin mahdollista on tunneloituminen. Se olisi menoa se. Laskelmat kuitenkin osoittavat, että näin tapahtuisi kuitenkin mahdollisesti moninkertaisen kosmoksen nykyiän päästä.

Käyttäjä921
Seuraa 
Viestejä91
Liittynyt20.12.2015

Lentotaidoton kirjoitti:
Kysyjälle:

Ursalta on ilmestynyt mainio kirja LHC:stä ja Higgsistä: Maailmanlopun hiukkanen. Helppolukuista tekstiä (vaikkakin paksu opus). Sen luettuasi tiedät jo kaiken mitä taviksien tuleekin ja tarvitsee tietää Higgsistä.

Kiitos vinkistä. Varasin kirjastosta.

Suosituimmat

Uusimmat

Uusimmat

Suosituimmat