בשער-קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער בפייסבוק - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל
דף הבית   |   על בשער   |   פעילויות בשער   |   ספר אורחים   |   צור קשר      רשימת תפוצה
 
 
 > שלח שאלה למומחה
 
 
 
     כל התחומים
     
     
     
     
     אסטרופיזיקה
     הנדסת חשמל
     הנדסת מזון
     כימיה
     פרקינסון
     ננוטכנולוגיה
     הנדסה
     מדעי המחשב
     כימיה
     ביולוגיה
     פיזיקה
     רפואה
     מתמטיקה
     מדעי הסביבה
     גיאוגרפיה
     מוט"ב
     הוראת המדעים
     אזרחות
     כלכלה
     היסטוריה
     משפטים
     פסיכולוגיה
     תנ"ך
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 > בשער האזרחות
 
 
 > הרצאות מומחים ברשת
 
 
 > רשימת תפוצה
 
 > חתום בספר האורחים
 
 > כניסה לשואלים רשומים
 
 
 > English
 
שאלה מספר 3662 - בוזון היגס ואנטי חומר תאריך: 18/01/2009
תחומי דעת:  פיזיקה  

שלום רב,

הייתי רוצה להבין יותר מה בעצם החלקיק בוזן היגס המכונה "החלקיק האלוהי", ממה שהבנתי זה חלקיק שיש לגביו סברה שנוצר אך ורק במפץ הגדול ומאז לא שוחזר, מה הוא בעצם? איך הוא נוצר? מה הוא בעצם מוכיח על החומר? מה הוא מוכיח על אנטי חומר? מה בדיוק בודקים בניסוי המאיץ LHC
על אנטי חומר? האם בניסוי זה מנסים ליצור "חומר" יש מאין? הייתי רוצה יותר לרדת לפרטים ולהעמיק כמה שיותר.

תודה מקרב לב

תשובה מאת: פרופ' ברק קול
   

שלום רב,

חלקיק היגס הוא השם שניתן לחלקיק שהפיזיקאים משערים את קיומו אף כי טרם נתגלה. הוא נקרא על שם הפיזיקאי פיטר היגס מאונ' אדינבורו שבסקוטלנד, אשר באמצע שנות השישים היה בין הממציאים של הרעיון התיאורטי המרכזי המשויך לחלקיק.


חלקיק היגס מתקשר לכמה מהתעלומות העמוקות ביותר הנוגעות להבנתנו את החוקים היסודיים של הטבע. מאז ומתמיד שאפו בני אדם להבין את מבנה החומר. מן הידועות כי כל החומרים המוכרים לנו עשויים ממולקולות המורכבות מצרופים שונים של אטומים של כמאה יסודות. האטומים בתורם בנויים מגרעין המכיל פרוטונים וניוטרונים ואשר מקיפים אותו אלקטרונים הקשורים לגרעין בכוח החשמלי.


עד כאן מתקבלת תמונה של פשטות מדהימה על-פיה מירב החומר עשוי מצרופים של שלושה חלקיקים יסודיים בלבד. ואולם, ברור כי הכוח החשמלי לבדו לא יכול להסביר את יציבותו של הגרעין החיובי (היות שחלקיקים בעלי מטען זהה דוחים זה את זה). מניסויים שנערכו במחצית השנייה של המאה העשרים והרעיונות התיאורטיים שפותחו במקביל אליהם מתברר כי קיימים פועלים בטבע שני כוחות נוספים המוגבלים למרחקים תת-גרעיניים: האחד נקרא הכוח הגרעיני החזק או כוח הצבע (אין הכוונה לצבע במובן הרגיל) והשני נקרא הכוח הגרעיני החלש. הכוח הגרעיני החזק אחראי בין היתר ליציבותו של הגרעין ואילו הכוח הגרעיני החלש אחראי בין היתר להתפרקות רדיואקטיבית מסוג ביתא של יסודות מסויימים. תאור משמעותי יותר של כוחות אילו אינו אפשרי במגבלות המקום. בכדי להשלים את רשימת הכוחות עלינו למנות גם את כוח הכבידה המעצב את היקום במרחבים האסטרונומיים – ממערכת השמש ועד למבנה היקום כולו.


מתברר כי בנוסף לחלקיקים היסודיים שהוזכרו קיימים עשרות ומאות חלקיקים בלתי יציבים הנוצרים בתהליכים מסוימים ומייד מתפרקים. ואולם הטבע שוב התברר כפשוט ביסודו ונמצא כי הפרוטונים והניוטרונים וקרוביהם מורכבים בעצמם מתת-חלקיקים המכונים קוורקים והמופיעים בשישה "טעמים"(flavors) ובשלושה "צבעים" (אילו הם כינויים מופשטים ואינם קשורים לטעם וצבע במשמעותם הרגילה). הפרוטון למשל עשוי משלושה "קוורקים" שניים מסוג up ואחד מסוגdown
ואילו הניוטרון מורכב מ- up יחיד ושני down (כלומר up ו-down הם שניים מתוך ששת הטעמים שהוזכרו). בשני המקרים על הקוורקים להופיע בתערובת אחידה "שקופה" של שלושת הצבעים. בסך הכל אנו המדענים יודעים לתאר את כל הכוחות והחלקיקים היסודיים בעזרת מודל המכונה "המודל היסודי של החלקיקים היסודיים" המתאר את ארבעת הכוחות שנזכרו, ואת חלקיקי החומר היסודיים המחולקים לשתי משפחות: משפחת הקוורקים ומשפחת החלקיקים הלפטונים אשר כוללת את האלקטרון, חלקיק בשם ניוטרינו וארבעה קרובים נוספים. מודל זה מנוסח בשפתה של תורה פיזיקלית הנקראת "תורת השדות הקוונטים" ואשר רק באמצעותה ניתן להבין את המודל לאשורו.


המודל הסטנדרטי צופה בהצלחה את תוצאותיהם של ניסויים בחלקיקים זה כשלושים שנה. ואולם המסע שלנו אל לב החומר לא נסתיים ואנו ממשיכים להיות סקרניים לדעת מה קורה במרחקים תת-אטומים קצרים אף יותר ממה שבאפשרותינו לבחון כיום (או באופן שקול עפ"י תורת הקוונטים, מהי התנהגותם של החלקיקים באנרגיות גבוהות יותר מאילו המשוחזרות במאיצים של היום). בדרך כלל כל תגלית מהווה לא רק תשובה לשאלות העבר אלא גם מקור לשאלות העתיד, והמודל הסטנדרטי אינו יוצא דופן במובן זה.


שתיים מהתעלומות המרכזיות במודל הסטנדרטי הן הקשר הקרוב בין הכוח החשמלי לכוח הגרעיני החלש מחד, והמקור למסות החלקיקים מאידך, ומתברר ששתי התעלומות קשורות זו בזו. מתברר שעל אף שהכוח החשמלי הוא ארוך טווח ואילו הכוח הגרעיני החלש הוא קצר טווח הרי שבמרחקים תת-גרעיניים הופכים שני הכוחות לדומים ואף מתערבבים זה בזה ובמובן זה אנו מבינים את איחודם. בכדי להבין מדוע הכוח הגרעיני החלש הינו קצר טווח העלו היגס ואחרים את הרעיון כי קיים ביקום שדה כוח הממלא את המרחב כולו והוא האחראי לתופעה וזאת מסיבות שאינני יכול לתאר כאן. מתברר כי אותו מנגנון פיזיקלי צפוי להיות אחראי גם לקביעת המסה של החלקיקים היסודיים ביותר שהזכרנו כדוגמת האלקטרון. לכאורה המסה של החלקיקים היא חלק מעובדות הטבע שאינן דורשות הסבר – מסתו של האלקטרון היא כך וכך וזהו. ואולם למרבה ההפתעה המדענים סבורים כי מסתו של האלקטרון הינה מסה אפקטיבית הנובעת מאינטראקציה עם שדה ההיגס, בדיוק כמו שלכדור קל הנע בתוך נוזל צמיג כמו דבש ניתן לשייך מסה אפקטיבית (הנובעת ממסת הדבש הנגררת איתו במהלך תנועתו).


שדה הכוח המכונה היגס מתגלה לנו אם כן בפעולתו במודל הסטנדרטי. ואולם, כפי שמתוך ידיעה על קיומו של הים ניתן לשער את מציאותם של גלי-הים הנוצרים בתגובה להפרעות בפני הנוזל, כך הידיעה על שדה הכוח גורמת לנו לשער את מציאותם של גלים בשדה. תורת הקוונטים משיייכת לכל גל חלקיק והחלקיק המשויך לגלים בשדה ההיגס נקרא חלקיק ההיגס. את מקצת תכונותיו אנו יודעים לשער מתוך תכונותיהם המוכרות של שדה הכוח ושל ייתר החלקיקים. נוכל לאשר תכונות אילו ואת עצם קיומו של החלקיק יחד עם גילוי תכונות אחרות אשר אינן ידועות לנו רק באמצעות ניסויים. למעשה זוהי מטרתו המרכזית של המאיץ LHC אשר מאות מהנדסים ומדענים עמלים על תיקונו בימים אילו בז'נבה. מאיץ זה תוכנן כך שיאפשר לנו להציץ אל מרחקים קטנים פי שבע מאילו שמאפשר לנו המאיץ החזק ביותר הקיים כיום. במובן זה המאיצים הינם ה"מיקרוסקופים" החזקים ביותר שלנו במחקר של לב החומר.


תיארנו בפרוט רב יחסית מהו חלקיק ההיגס ומהי חשיבותו להבנתינו את התהליכים היסודיים ביותר הטבע, הבנה אשר אופיה כל-כך בסיסי ואינו מאפשר לנו אפילו לתאר לעצמינו מה יהיו השלכותיה המעשיות משתתגלה. עתה נתייחס בקצרה לשאר המרכיבים בשאלה.

אומנם יש המכנים את חלקיק ההיגס "החלקיק האלוהי" בתאורי מדע פופולרי, ואולם החלקיק כפי שתואר לעיל אינו אלוהי יותר מכל חלקיק אחר, ולדעתי הכינוי הזה בעייתי.

בכדי ליצור את חלקיק ההיגס עלינו ליצור הפרעה בשדה ההיגס בדיוק כמו שגלי הים נוצרים מהפרעה בשדה הים. הידע החלקי שלנו על שדה ההיגס נותן לנו ידע חלקי על התהליכים העשויים ליצור אותו וידע זה מלמד אותנו שהחלקיק צריך להווצר בתנאים של אנרגיות גבוהות למדיי. תנאים כאלו יווצרו באופן מלאכותי במאיץ LHC לכשיפעל, וכן מתקיימים יום יום בהתנגשויות של קרניים קוסמיות עם החומר על-פני כדור הארץ אם כי לא באופן נשלט במקום ובזמן ולא בקצב גדול מספיק לצורך חקר החלקיק.

וודאי שעל פי תורת המפץ הגדול מילאו חלקיקי היגס וכל החלקיקים האחרים את היקום בשברירי הזמן הראשונים להתקיימותו בזמן שהיה אנרגטי מספיק ליצור אותם, וחלקיקים אילו ואחרים התפרקו מייד עם התפשטותו והתקררותו הראשוניים. ייתכן אף שקיומם עיצב באופן כלשהו כמה מתכונותיו הבסיסיות של היקום כגון החומר המרכיב אותו, אך זהו נושא בפני עצמו.

לבסוף נושא "אנטי-חומר" הינו נושא חשוב אך מובן היטב בתורת החלקיקים ואינו קשור דווקא למאמץ לגלות את חלקיק ההיגס. חלקיקי אנטי-חומר נוצרים כל הזמן באופן טבעי ביקום ועל-פני כדור הארץ וכן במאיצים מעשה ידי אדם. חלקיקים אילו מסתוריים הרבה פחות מששמם אולי רומז, ולא ניתן ליצור אותם מאין אלא נדרשת לשם כך אנרגיה כמו ליצירתו של כל חלקיק אחר.


אני מקווה שהתיאור לעיל של ההיגס מסביר מדוע מדענים רבים וכל אדם הסקרן לגבי החוקים שביסוד פעולתו של הטבע ממתינים בתקווה וציפייה דרוכה
להצלחתו של המאיץ החדש.


פרופ' ברק קול
מכון רקח לפיסיקה
האוניברסיטה העברית בירושלים

לשאלה זו נשאלה שאלת המשך, לצפייה לחצו כאן
הוסף תגובה הדפס שאלה      שלח לחבר      שאלות מועדפות
תגובות      [ הוסף תגובה ]
 
1 שדה ההיגס
מאת: איציק      //


שלח שאלה למומחה   |   שמור כדף הבית   |   הוסף למועדפים   |   תנאי שימוש באתר   |   Powered By Art-Up