Ne-am fi așteptat ca greutatea unui proton să fie reprezentată de suma exactă a masei particulelor fundamentale din care este format. Dar este aceasta situația?
Protonii sunt compuși din particule mai mici, numite quarcuri. Dacă am agrega masa tuturor quarcurilor dintr-un proton, ne-am aștepta să obținem masa protonului. Totuși, doar 9% din masa unui proton provine de la quarcuri, iar restul masei provine din efectele complexe care apar în interiorul protonului.
Quarcurile își capătă masă printr-un proces legat de bosonul Higgs, o particulă elementară descoperită pentru prima dată în 2012. Fizicianul Keh-Fei Liu de la Universitatea Kentucky se întreabă din ce este format protonul, având în vedere că masa quarcurilor dintr-un proton este atât de redusă. Un studiu publicat în Physical Review Letters explică sursa acestei mase lipsă.
Dincolo de cele 9 procente din masa protonilor care provin de la quarcuri, alte 32% sunt generate din energia lor, așa cum a demonstrat Liu și echipa sa în lucrarea publicată. Alți constituenți ai protonului sunt gluonii – particule fără masă – care mențin quarcurile strâns unite și contribuie cu încă 36% datorită energiei lor.
Restul de 23% este atribuit efectelor cuantice care apar în momentul în care quarcurile și gluonii interacționează în moduri complexe în cadrul protonului.
Conform relativității speciale, masa unui obiect crește atunci când acesta are o cantitate mai mare de energie (de exemplu, atunci când se deplasează mai repede). Când discutăm despre masa quarcurilor, ne referim la masa lor atunci când sunt în repaus. Masa de repaus a trei quarcuri nu se adună pentru a da masa de repaus a unui proton. Discrepanța provine din energia ce menține quarcurile împreună în interiorul protonului.
În primele momente ale universului, aproape toate particulele erau lipsite de masă, deplasându-se cu viteza luminii într-o supă primordială extrem de fierbinte. La un moment dat în această perioadă, a apărut câmpul Higgs, străbătând materia și conferind masă particulelor elementare.
Câmpul Higgs a modificat mediul, schimbând modul în care particulele reacționează. Unele dintre cele mai comune metafore compară câmpul Higgs cu un sirop dens, care încetinește anumite particule în timp ce acestea se deplasează. Alții au imaginat câmpul Higgs ca pe niște paparazzi la o petrecere aglomerată. În timp ce câțiva trec pe lângă, vedetele sunt înconjurate de aceștia, care le încetinesc, iar fețele mai puțin cunoscute se strecurază prin mulțime fără a fi observate. În această analogie, popularitatea este echivalentă cu masa – cu cât sunt mai populari, cu atât interacționează mai mult cu mulțimea și devin mai „masivi”.
Dar ce a generat câmpul Higgs? Știm că acest câmp este o proprietate a spațiu-timpului. De ce unele particule interacționează mai intens cu câmpul Higgs decât altele? Răspunsul scurt este: nu știm.
Imediat după Big Bang, câmpul Higgs era zero, dar pe măsură ce universul s-a răcit și temperatura a scăzut sub o valoare critică, câmpul a început să crească. Cu cât o particulă interacționa mai mult cu acest câmp, cu atât obținea mai multă masă. Ca toate câmpurile fundamentale, câmpul Higgs are o particulă asociată – bosonul Higgs. Bosonul Higgs este manifestarea vizibilă a câmpului Higgs, similar cu o undă ce se formează pe suprafața apei.
Câmpul Higgs oferă
