הבדלים בין גרסאות בדף "שאלה:מה הקשר בין חלקיק ההיגס למסתם של החלקיקים האחרים ולתורת המיתרים?"

מתוך אסטרופדיה
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
 
(47 גרסאות ביניים של 3 משתמשים אינן מוצגות)
שורה 1: שורה 1:
'''שאלה:''' תורת המיתרים אומרת שכל רטיטה של מיתר גורמת מסה לחלקיק שאלתי היא למה חלקיק ההיגס נותן אף הוא מסה לחלקיק מה ההבדל בניהם?
+
'''שאלה:''' על פי תורת המיתרים רטיטה של מיתר נותנת מסה לחלקיק שאלתי היא למה חלקיק ההיגס נותן אף הוא מסה לחלקיק? מה ההבדל בין תורת המיתרים לחלקיק ההיגס?
  
'''שם השואל:''' רוזי קטן
+
'''שם השואל:''' רוזי קטן
  
 
'''תאריך:''' 19-03-2010
 
'''תאריך:''' 19-03-2010
  
 
===תשובה===
 
===תשובה===
נתחיל בהסבר כללי על מהוא חלקיק ההיגס ועל המודל הסטנדרטי.
 
  
חלקיק ההיגס (באנגלית '''Higgs''') הינו חלקיק היפוטתי אשר נחזה ע"י המודל הסטנדרתי של תורת החלקיקים.  
+
באופן כללי אין קשר ישיר בין חלקיק ההיגס ותורת המיתרים ומדובר בשתי תאוריות פיזיקליות שונות. ראוי לציין כי הידע שלנו לגבי תורת המיתרים הינו חלקי ויתכן כי בעתיד ניתן יהיה להוכיח את קיומו של חלקיק ההיגס מתוך תורת המיתרים.
 +
 
 +
עתה נפרט מעט כיצד מקבלים החלקיקים בטבע מסה על פי המודלים השונים.
 +
 
 +
====הכוחות בטבע====
 +
 
 +
ישנם ארבעה כוחות בטבע:
 +
* '''כח הכובד''' (באנגלית '''The gravitational force''') - כח זה הוא כח מושך, והוא פועל בין כל החלקיקים בעלי [[מסה]] ביקום. כח הכובד הוא כח חלש יחסית והוא פרופוציוני למכפלת המסות ועוצמתו יורדת כמו המרחק בין המסות בריבוע.
 +
 
 +
* '''הכח האלקטרומגנטי''' (באנגלית '''The electromagnetic force''') הינו כח האחראי על אפקטים חשמליים ומגנטים כגון משיכה בין חלקיקים בעלי מטען הופכי (קרי שלילי וחיובי) ודחייה בין חלקיקים בעלי מטען זהה.
 +
 
 +
* '''הכח החזק''' (באנגלית '''The strong interaction'''), הינו כח קצר טווח (דומיננטי בסקלות מרחק אופייניות של 10<sup>-13</sup> [[יחידות|ס"מ]]). כח זה הינו הכח החזק ביותר בטבע והוא זה שמחזיק את גרעין האטום.
 +
 
 +
*  '''הכח החלש''' (באנגלית '''The weak force'''), זהו כח האחראי להתפרקות בטא. כח זה חלש יותר מהכח החזק ובדומה לכח החזק הינו משמעותי בסקלות מרחק קטנות.
 +
 
 +
====המודל הסטנדרטי====
 +
 
 +
המודל הסטנדרטי (באנגלית  '''The Standard Model''') של תורת החלקיקים משלב לידי תמונה כוללת את הכח האלקטרומגנטי, החלש והכח החזק, הוא מסביר את קיומם של החלקיקים השונים ואת האינטראקציות בניהם.
 +
מודל זה נתמך ע"י כל ניסוי שנעשה מאמצע שנות ה-20. עם זאת
 +
המודל הסטנדרטי  אינו מתאר באופן שלם את הטבע. הוא לא מצליח לתאר את המסה של חלקיקי הניוטרינו, ולא כולל את הגרוויטציה.
 +
הרחבות מסוימות של מודל זה חוזות את קיומו של חלקיק נוסף הקרוי '''חלקיק ההיגס''' או '''בוזון ההיגס'''.
 +
 
 +
====חלקיק ההיגס ומסה של חלקיקים במודל הסטנדרטי====
 +
 
 +
[[תמונה:Sym.jpg|שמאל|250px|ממוזער|כדור על ראש הר - אנלוגיה לשבירה ספונטנית של סימטריה]]
 +
 
 +
חלקיק ההיגס (באנגלית '''Higgs''') הינו חלקיק היפוטתי אשר נחזה (אך עדיין לא התגלה) ע"י המודל הסטנדרטי של תורת החלקיקים. בתורה זו המסה של חלקיקים שהם נושאי הכוחות בטבע (באנגלית ''' Force carrier''') מוסברות ע"י קיומו  של חלקיק ההיגס.
 +
ניתן לחשוב על המסה של חלקיקים אילו כתוצאה של אינטראקציה עם חלקיק ההיגס.
 +
אחד התיאורים של של המודל הסטנדרטי הינו תורת השדות הקוונטית - ע"פ תורה זו ניתן לתאר חלקיק בתור מצב מעורר (כלומר בעל אנרגיה גדולה ממצב יסוד) של שדה (שדה בפיזיקה הינו פונקציה פיזיקלית המאפיינת כל נקודה במרחב-זמן).
 +
 
 +
הקשר בין חלקיק ההיגס לבין מסתם של החלקיקים האחרים (באופן ספציפי חלקיקי נושאי הכוח, Force carrier, של האינטראקציה החלשה) נעוץ בתהליך הניקרא '''שבירה ספונטנית של סימטריה'''
 +
(באנגלית '''Symmetry breaking of symmetry'''). נפשט את התהליך באמצעות הדוגמא הבאה: לכדור אשר נמצא בראש ההר בסירטוט משמאל,  יש סיכוי זהה להתגלגל לעמק השמאלי ולימני. ניתן לומר כי הכדור נמצא במצב בו קיימת סמטריה לנפילה לעמק השמאלי ולימני  (במילים אחרות אם נציב מראה אנכית בכיוון ראש ההר,  ניראה את אותה תמונה - זו היא סימטרית שיקוף).
 +
לאחר שהכדור נפל נשברה הסימטריה (כלומר אם נציב מראה אנכית בכיוון ראש ההר, לא ניראה את אותה תמונה).
 +
באופן יותר ספציפי:
 +
בתהליך זה מערכת סימטרית ביחס למצב מסוים מגיעה למצב יסוד (בעל אנרגיה הנמוכה ביותר) שונה מאפס, אשר איננו סימטרי ביחס לאותו מצב (לדוגמא לשיקוף).
 +
שדה ההיגס הינו שדה בעל פוטנציאל עם מצב יסוד שונה מאפס (ההסבר נמצא בהמשך) ושבירה ספונטנית של סימטריה מובילה ליצירת מסה לחלקיקים נושאי הכח של האינטראקציה החלשה <math>W^+,W^-</math> Z. חלקיקים אילו נקראים גם חלקיקי (ליתר דיוק  בוזונים) כיול  ''' gauge bosons''' .
 +
בתהליך דומה ניתן לקבל  חלקיקי נושאי הכוח מסיבים של הכח החזק.
 +
 
 +
המודל הסטנדרטי אינו חוזה את מסתו של חלקיקי ההיגס.
 +
 
 +
באופן כללי אין קשר ישיר בין חלקיק ההיגס ותורת המיתרים.
 +
 
 +
====תורת המיתרים====
 +
 
 +
ראו גם מאמר מורחב בנושא: [[אינשטיין, איחוד הכוחות ותורת המיתרים]].
 +
 
 +
בתורת המיתרים (באנגלית '''String theory''') החלקיקים הם תוצאה של רטיטה של מיתר (ליתר דיוק מצב מעורר של מיתר), כמו שתווים שונים מתקבלים מרטיטה של מיתר גיטרה, כך בתורת המיתרים חלקיקים שונים מתקבלים מאופנים שונים (קרי, אנרגיות שונות) של רטיטה של מיתר.
 +
על מנת שתורת המיתרים תוכל ליצור חלקיקים הקימים ביקום שלנו, יש צורך לכפות סמטריה הניקראת '''סופרסימטריה''' (באנגלית '''supersymmetry'''). ע"פ סימטריה זו לכל בוזון (חלקיקי נושאי כח) קיים פרמיון (החלקיקים המרכיבים את החומר) מתאים.  כלומר תורה כזו מתארת קשר בין חלקיקים נושאי הכוח לבין החומר.
 +
 
 +
 
 +
===ראו גם===
 +
 
 +
[[אינשטיין, איחוד הכוחות ותורת המיתרים]]
 +
 
 +
===הרצאות וידאו===
 +
 
 +
* [http://astroclub.tau.ac.il/video_h.html#cosmology  הרצאת וידאו בנושא תורת המיתרים - פרופ' ירון עוז]
  
 
[[קטגוריה:שאלות ותשובות]]
 
[[קטגוריה:שאלות ותשובות]]

גרסה אחרונה מ־08:27, 10 במאי 2010

שאלה: על פי תורת המיתרים רטיטה של מיתר נותנת מסה לחלקיק שאלתי היא למה חלקיק ההיגס נותן אף הוא מסה לחלקיק? מה ההבדל בין תורת המיתרים לחלקיק ההיגס?

שם השואל/ת: רוזי קטן

תאריך: 19-03-2010

תשובה

באופן כללי אין קשר ישיר בין חלקיק ההיגס ותורת המיתרים ומדובר בשתי תאוריות פיזיקליות שונות. ראוי לציין כי הידע שלנו לגבי תורת המיתרים הינו חלקי ויתכן כי בעתיד ניתן יהיה להוכיח את קיומו של חלקיק ההיגס מתוך תורת המיתרים.

עתה נפרט מעט כיצד מקבלים החלקיקים בטבע מסה על פי המודלים השונים.

הכוחות בטבע

ישנם ארבעה כוחות בטבע:

  • כח הכובד (באנגלית The gravitational force) - כח זה הוא כח מושך, והוא פועל בין כל החלקיקים בעלי מסה ביקום. כח הכובד הוא כח חלש יחסית והוא פרופוציוני למכפלת המסות ועוצמתו יורדת כמו המרחק בין המסות בריבוע.
  • הכח האלקטרומגנטי (באנגלית The electromagnetic force) הינו כח האחראי על אפקטים חשמליים ומגנטים כגון משיכה בין חלקיקים בעלי מטען הופכי (קרי שלילי וחיובי) ודחייה בין חלקיקים בעלי מטען זהה.
  • הכח החזק (באנגלית The strong interaction), הינו כח קצר טווח (דומיננטי בסקלות מרחק אופייניות של 10-13 ס"מ). כח זה הינו הכח החזק ביותר בטבע והוא זה שמחזיק את גרעין האטום.
  • הכח החלש (באנגלית The weak force), זהו כח האחראי להתפרקות בטא. כח זה חלש יותר מהכח החזק ובדומה לכח החזק הינו משמעותי בסקלות מרחק קטנות.

המודל הסטנדרטי

המודל הסטנדרטי (באנגלית The Standard Model) של תורת החלקיקים משלב לידי תמונה כוללת את הכח האלקטרומגנטי, החלש והכח החזק, הוא מסביר את קיומם של החלקיקים השונים ואת האינטראקציות בניהם. מודל זה נתמך ע"י כל ניסוי שנעשה מאמצע שנות ה-20. עם זאת המודל הסטנדרטי אינו מתאר באופן שלם את הטבע. הוא לא מצליח לתאר את המסה של חלקיקי הניוטרינו, ולא כולל את הגרוויטציה. הרחבות מסוימות של מודל זה חוזות את קיומו של חלקיק נוסף הקרוי חלקיק ההיגס או בוזון ההיגס.

חלקיק ההיגס ומסה של חלקיקים במודל הסטנדרטי

כדור על ראש הר - אנלוגיה לשבירה ספונטנית של סימטריה

חלקיק ההיגס (באנגלית Higgs) הינו חלקיק היפוטתי אשר נחזה (אך עדיין לא התגלה) ע"י המודל הסטנדרטי של תורת החלקיקים. בתורה זו המסה של חלקיקים שהם נושאי הכוחות בטבע (באנגלית Force carrier) מוסברות ע"י קיומו של חלקיק ההיגס. ניתן לחשוב על המסה של חלקיקים אילו כתוצאה של אינטראקציה עם חלקיק ההיגס. אחד התיאורים של של המודל הסטנדרטי הינו תורת השדות הקוונטית - ע"פ תורה זו ניתן לתאר חלקיק בתור מצב מעורר (כלומר בעל אנרגיה גדולה ממצב יסוד) של שדה (שדה בפיזיקה הינו פונקציה פיזיקלית המאפיינת כל נקודה במרחב-זמן).

הקשר בין חלקיק ההיגס לבין מסתם של החלקיקים האחרים (באופן ספציפי חלקיקי נושאי הכוח, Force carrier, של האינטראקציה החלשה) נעוץ בתהליך הניקרא שבירה ספונטנית של סימטריה (באנגלית Symmetry breaking of symmetry). נפשט את התהליך באמצעות הדוגמא הבאה: לכדור אשר נמצא בראש ההר בסירטוט משמאל, יש סיכוי זהה להתגלגל לעמק השמאלי ולימני. ניתן לומר כי הכדור נמצא במצב בו קיימת סמטריה לנפילה לעמק השמאלי ולימני (במילים אחרות אם נציב מראה אנכית בכיוון ראש ההר, ניראה את אותה תמונה - זו היא סימטרית שיקוף). לאחר שהכדור נפל נשברה הסימטריה (כלומר אם נציב מראה אנכית בכיוון ראש ההר, לא ניראה את אותה תמונה). באופן יותר ספציפי: בתהליך זה מערכת סימטרית ביחס למצב מסוים מגיעה למצב יסוד (בעל אנרגיה הנמוכה ביותר) שונה מאפס, אשר איננו סימטרי ביחס לאותו מצב (לדוגמא לשיקוף). שדה ההיגס הינו שדה בעל פוטנציאל עם מצב יסוד שונה מאפס (ההסבר נמצא בהמשך) ושבירה ספונטנית של סימטריה מובילה ליצירת מסה לחלקיקים נושאי הכח של האינטראקציה החלשה W^+,W^- Z. חלקיקים אילו נקראים גם חלקיקי (ליתר דיוק בוזונים) כיול gauge bosons . בתהליך דומה ניתן לקבל חלקיקי נושאי הכוח מסיבים של הכח החזק.

המודל הסטנדרטי אינו חוזה את מסתו של חלקיקי ההיגס.

באופן כללי אין קשר ישיר בין חלקיק ההיגס ותורת המיתרים.

תורת המיתרים

ראו גם מאמר מורחב בנושא: אינשטיין, איחוד הכוחות ותורת המיתרים.

בתורת המיתרים (באנגלית String theory) החלקיקים הם תוצאה של רטיטה של מיתר (ליתר דיוק מצב מעורר של מיתר), כמו שתווים שונים מתקבלים מרטיטה של מיתר גיטרה, כך בתורת המיתרים חלקיקים שונים מתקבלים מאופנים שונים (קרי, אנרגיות שונות) של רטיטה של מיתר. על מנת שתורת המיתרים תוכל ליצור חלקיקים הקימים ביקום שלנו, יש צורך לכפות סמטריה הניקראת סופרסימטריה (באנגלית supersymmetry). ע"פ סימטריה זו לכל בוזון (חלקיקי נושאי כח) קיים פרמיון (החלקיקים המרכיבים את החומר) מתאים. כלומר תורה כזו מתארת קשר בין חלקיקים נושאי הכוח לבין החומר.


ראו גם

אינשטיין, איחוד הכוחות ותורת המיתרים

הרצאות וידאו

מחברים


סמדר נאוז