higgs mekanizmasi ^*

• lepton ve quark olarak iki grupta yer alan, standart model temel parcaciklarina, kutle kazandırmak amaciyla higgs bozonu'nu da iceren mekanizma.kısaca ozeti ise, higgs bozonu temel parcaciklarla etkile$ime girerek onlara kutle kazadirir.kutle kazanim mekanizmasi, icerik olarak oldukca karisik ancak, fenomeni aciklayan harika bir yaklasimdir.
• aslı, anderson–higgs mekanizmasıdır. iki proton birbirine yaklaşır ve her protondan birer gluon, bir üst kuark çemberinde birleşir. bu çember de, higgs bozonu ile güçlü bir etkileşim içindedir (üst kuark da en fazla kütleye sahip temel parçacıktır zaten). bu, higgs bozonunun ortaya çıkabileceği difoton kanalıdır ve higgs bozonu, burada 10 üzeri -20 saniyelik bir süre için ortaya çıkar ve tekrar iki gama ışını fotonuna bozunur. bir de golden channel (altın kanal) vardır ki, burada da higgs bozonu, iki z bozonu çıkarır ve bu bozonlar da daha sonra, 2'şer leptona (elektron ve müon) bozunur.
  
  higgs bozonu, tüm bu etkileşimlerle bulunmuştur ve tüm bu çalışmalar, 5-sigma değerinde bir kesinlik sunar.
• elektrozayif etkilesimleri aciklayan ayar teorisinin simetri grubunu kirip, ayar bozonlarina kutle kazandiran, ve de yukawa etkilesimleri sayesinde de bonus olarak kuarklara ve elektrik yuklu leptonlara da kutle kazandiran mekanizma.
  
  (bkz: brout-englert-higgs mekanizmasi)
  
  bu mekanizma 1964 yilinda yaklasik ayni anda robert brout, francois englert ve peter higgs tarafindan ortaya atilmistir. isminin daha cok higgs mekanizmasi olarak anilmasi, peter higgs'in bu mekanizmanin sonucunda higgs bozonu ismini verdigimiz bir spin 0 parcacigin varligini ongormesinden dolayidir. 2012 yilinda lhc'nin bu parcacigi gozlemlemesinden sonra englert ve higgs nobel odulune layik gorulmuslerdir.
  
  higgs mekanizmasini aciklamak icin once standart model'den baslayalim. parcacik teorisinin standart modeli olarak adlandirdigimiz teori, 4 temel etkilesimden 3 unu (guclu, zayif, elektromanyetik) kuantum alan teorisi kullanarak aciklar. bu teorilerin ozelliklerini, parcacik iceriklerini ve etkilesimlerini simetri gruplari belirler. standart modelin simetri grubu su(3)_c x su(2)_l x u(1)_y dir. bu simetri grubu, kirilmamis olmasi durumunda bu 3 etkilesimi ileten ayar bozonlarinin kutlesiz olmasini gerektirir. yine bu simetri yuzunden, teorinin maddesel icerigini olusturan, kuarklar ve leptonlar da kutlesiz olmalidir. higgs mekanizmasi bu noktada devreye girip, hem ayar bozonlarindan w ve z ye, hem de kuarklara ve elektrik yuklu leptonlara kutle kazandirir. bunu da cok basit bir mekanizma olan spontane simetri kirilmasini kullanarak yapar.
  
  bu meknizmaya gore higgs alaninin temel durumu simetrik olup, temel enerji duzeyi dejeneredir. fakat sistem bu dejenere enerji duzeylerinden birini secince, elektrozayif teorisinin su(2)_l x u(1)_y ayar simetri grubu geriye u(1)_em grubunu birakacak sekilde kirilir. bu kirilma sayesinde w ve z bozonlari kutle kazanir. daha dogrusu, teorinin normalde kutlesiz olan ve bu yuzden 2 tane serbestlik derecesine sahip spin 1 ayar bozonlari, higgs alaninin duz olmayan yonundeki salinimlarindan ekstra bir serbestlik derecesi kazanip kutleli w ve z bozonlarini uretirler. higgs alaninin duz yonundeki kutlesiz serbestlik derecesi de u(1) ayar bozonu ile birlesip elektromanyetik kuvvetin tasiyicisi kutlesiz foton alanini olusturur. higgs alani yukawa etkilesimleri sayesinde standart modelin madde icerigini olusturan fermionlarla da etkilesir. bu etkilesme sayesinde kuarklar ve elektrik yuklu leptonlar da kutle kazanir.
• bugüne değin yapılan bilimsel keşiflerin önemli bir kısmı; özellikle biyoloji ve astronomiyle ilgili olanlar, kendini özel ve merkezde hisseden kibirli insanoğlunu sıradanlaştıran adeta ona haddini bildiren adımlardı: biyoloji, bizi güya diğer canlılardan ayrıcalıklı, üstün tahtımızdan alıp taksonomide kuyruksuz maymunlar ailesiyle aynı iskemleye oturtuverdi. astronomi, evrenin merkezinde olduğuna ve güneş de dahil her şeyin onun çevresinde döndüğüne inanarak böbürlendiğimiz gezegenimizi uçsuz bucaksız evrende alelade bir kaya parçasına dönüştürdü.
  
  higgs'in keşfi ise diğerlerinden biraz farklı görünüyor ve gerçekten de içinde yaşam oluşabilecek bir evrene dair oldukça hassas dengelere işaret ediyor. bu işaretlerden, fizikle ilgisiz, işinde gücünde insanların bile kolayca anlayabileceği birtanesi de gözlenebilir evrende nötronların protonlardan daha kütleli olması. elektrik yükünü görmezden gelirsek neredeyse aynı şey olan nötron ve proton arasında, sağduyumuzca beklenti, protonun elektrik yükü taşıyan bir parçacık olması nedeniyle daha ağır olması gerektiği. fizikçilerin yıllardır aklını kurcalayan bir gariplikti bu. ama higgsin keşfiyle konu aydınlanmış gözüküyor; higgs alanı ile etkileşen "d" kuark 5 birim," u" kuark 2,3 birim ^* kütle kazanıyor. böylece 2u+ d kuarktan oluşan protona higgsin kütle katkısı, 9,6 birim, 2d+u kuarktan oluşan nötrona ise 12,3 birim oluyor. bu da higgs mekanizmasından sağlanan kütleyi saymazsak, aynen sağduyumuzun öngördüğü gibi protonun nötrondan daha ağır olduğu anlamına geliyor. higgs olmadan kütleler proton için: 928,7 birim ve nötron için 927,3 birim. aradaki bu, 1,4-1,3 birim kütle farkları o kadar küçük ki azıcık üfürünce uçuveren hindiba çiçeğinin kütlesinin milyarlarca ama milyarlarca kez küçüğünü düşünün... işte bu kadar hassas bir denge yüzünden özel de olmalıyız; herhangi bir evrende yaşamıyoruz. aksine tüm etkileşimleri ve parçacıkları hassas ayarlanmış sanki milimi milimine hesaplanmış bir evren gibi görünüyor. bu arada, higgs aşina olduğumuz maddeye doğrudan kütle kazandırmaz. yukarıdaki basit hesapta gördüğünüz gibi, kütlenin sadece %1'i higgs etkileşiminden geliyor. gerisi nereden geliyor sorusu biraz karmaşık da olsa özetle, kuarkların gluonlarla olan etkileşimi ve hareket enerjilerinden kaynaklanıyor.
• bu mekanizma, yaygın kanının aksine evrendeki kütlenin kaynağı olmaktan çok elektronlara ve kuarklara kütle sağlayarak yavaşlatmış ve bir araya gelerek maddeyi oluşturmalarına sebep olmuştur. w bozon da cabası tabi...