O existenci pole se poprvé začalo uvažovat počátkem 60. let minulého století, kdy fyzici zvažovali důsledky hypotetického pole, které by vysvětlovalo, jak se oddělil elektromagnetismus a slabá síla a proč mají některé částice nesoucí sílu hmotnost (jako W a Z bosony), zatímco ostatní (jako fotony) ne.

Britský fyzik Peter Higgs byl jedním z řady výzkumníků pracujících na tomto modelu. Jeho jméno se od té doby stalo synonymem pole, jeho částice a mechanismu jeho působení.

Co je tedy Higgsův boson?

Stejně jako u všech kvantových polí i Higgsovo pole vytváří svůj vlastní druh základní částice, tedy Higgsův boson. Jedná se o relativně těžký, nenabitý, vysoce nestabilní boson (částice nesoucí sílu a s nulovou rotací), která existuje jen chviličku, než se rozpadne na několik dalších částic.

V roce 2012 byla právě taková částice detekována dvěma detektory Large Hadron Collider, což oficiálně vedlo k zahrnutí Higgsova bosonu jako součásti standardního modelu a poskytlo silné důkazy o Higgsově mechanismu.

Co dává částicím jejich hmotnost?

V každodenních podmínkách zažíváme hmotu jako odpor vůči pohybu. Věci se spoustou hmoty je těžké rozhýbat a jakmile jsou v pohybu, je těžké je zastavit. Formulace speciální relativity od Alberta Einsteina nám dává další způsob pohledu na hmotu - je to vyjádření energie objektu.

Když je objekt v klidu, má hmotu, která se rovná jeho energii dělené druhou mocninou rychlosti světla, to je ten známý vzorec E=mc2. Jakmile se ale objekt rozhýbe, zejména rychlostí světla, získá energii, která působí jako hmota.

Atomy získávají většinu své hmoty z energie částic zvaných kvarky, které se zipují uvnitř jejich jader, spojené dohromady silnou silou. Přesto mají kvarky samy o sobě hmotnost. Stejně jako okolní elektrony. Je potřeba nějaká aktivita, která by odpovídala energii, která by se rovnala jejich hmotnosti v klidu.

A co víc, v polovině 20. století objevili fyzici předchozí modely popisující bosony, které neodpovídaly pozorování. Částice krátkého dosahu, jako jsou W a Z bosony slabé síly, byly 80krát hmotnější než celý proton, zatímco dalekosáhlý foton elektromagnetického pole neměl vůbec žádnou hmotnost. Fyzici se zoufale snažili najít důvod pro tyto rozdíly a důvod, proč byla tato dvě pole tak odlišná. 

Jak Higgsovo pole dává základním částicím jejich hmotnost?

Při velmi vysokých teplotách v okamžicích po Velkém třesku by pole elektromagnetismu a slabé jaderné síly byla prakticky totožná. Jak se vesmír rozpínal a ochlazoval, obě pole se začala lišit - jedno fungovalo s těžkými bosony, které působily na krátkou vzdálenost jádra, druhé s bosony dostatečně lehkými na to, aby překonalo obrovské úseky prostoru.

Podobné vysvětlení tohoto rozdělení a rozdílu hmotností přišlo od několika skupin fyziků z celého světa. Historie uznává návrh, který předložili Higgs a jeho kolegové François Englert a Robert Brout v roce 1964 založený na novém typu kvantového pole, které bylo aktivní všude, dokonce i na prázdném prostoru.

Higgs, Englert a Brout ukázali, že pokud by toto hypotetické pole bylo spojeno s polem odpovědným za slabou sílu, problematická (neviditelná) částice by byla pohlcena a zanechala by po sobě těžké bosony W a Z a relativně těžký, méně rotující nenabitý Higgsův boson, který by se rychle rozpadl. Brzy po tomto objevu bylo jasné, že stejný proces bude fungovat téměř pro každé kvantové pole. Dále čtěte: Technologie umožnila izolovat modré potravinářské barvivo, které je zcela přírodní.