První pozorování obdoby Higgsova bosonu v supravodiči  
Higgsův boson předpověděli na základě teorie supravodivosti. Po mnoha desetiletí ho nakonec vystopovali na největším urychlovači všech dob. A teď se kruh uzavřel.
Higgsův boson v datech LHC. Kredit: CERN.
Higgsův boson v datech LHC. Kredit: CERN.
Jak skoro každý ví, k objevení Higgsova bosonu, poslední předpovězené částici, která nám scházela do mozaiky Standardního modelu, zcela zásadně přispěl Velký hadronový srážeč LHC, nesmírné technologické monstrum v podzemí evropského CERNu. Mnohem méně lidí ale asi tuší, že předpověď Higgsova bosonu před více než padesátiletím inspiroval výzkum supravodičů, tedy materiálů, které za určitých podmínek vedou elektřinu bez žádného zaznamenatelného odporu. Teď se ale tento kruh v historii fyziky uzavírá s publikací v časopisu Nature Physics, v níž vědci ohlásili historicky první pozorování obdoby Higgsova bosonu v supraavodiči.

 

 

Aviad Frydman. Kredit: Bar-Ilan University.
Aviad Frydman. Kredit: Bar-Ilan University.
Na rozdíl od objevu Higgsova bosonu na naprosto ultimátním a nepředstavitelně nákladném Velkém hadronovém srážeči k tomu Aviad Frydman z izraelské Bar-Ilanovy univerzity a jeho tým potřebovali docela běžně vybavenou laboratoř a relativně skromné finance. Podle Frydmana bylo ironií, že původní debatu o Higgsově bosonu zásadně přiživila teorie supravodivosti, Higgsovy stavy v supravodičích vlastně zatím nikdo nikdy nepozoroval. Doposud to bylo technicky nesmírně obtížné, ale Frydmanův tým to podle všeho zvládnul.

 

 

Útroby Velkého hadronového srážeče. Kredit: CERN
Útroby Velkého hadronového srážeče. Kredit: CERN
Jak na to šli? Věděli, že pro vyvolání Higgsových stavů v supravodiči budou potřebovat velké množství energie. Háček je v tom, že příliv takové energie do supravodiče obvykle vede k rozvrácení jeho vnitřní struktury a k zániku supravodivosti. Frydman a spol. to ale vyřešili použitím ultratenkých supravodivých filmů s neuspořádanou strukturou z nitridu niobu (NbN) a oxidu india (InO). Jejich supravodič měl takové vlastnosti, že se nacházel poblíž přechodu mezi supravodičem a izolátorem. Za takových podmínek totiž k vyvolání k Higgsových stavů v supravodiči stačí relativně málo energie, i když ani tak to není žádný med.
Logo Bar-Ilan University.
Logo Bar-Ilan University.

Frydman a spol. pochopitelně neskrývají nadšení. Hlubší význam jejich objevu tkví například v tom, že ukazuje existenci Higgsových stavů za dramaticky odlišných podmínek, než jaké panují v divoké srážce částic na Velkém hadronovém srážeči. K získání dat, ve kterých pak objevili Higgsův boson tam potřebovali energii v řádu gigaelektronvoltů, tedy miliard elektronvoltů. Higgsovy stavy v supravodiči se vyskytují za energie, která se měří v milielektronvoltech, tedy v tisícinách elektronvoltů. Rozdíl činí 12 řádů. Pro rychlé občerstvení, jeden elektronvolt je jednotka práce a energie, odpovídající kinetické energii elektronu, urychleného ve vakuu napětím jednoho voltu. Pro Frydmana je fascinující, že tak neskutečně rozdílné systémy vlastně pohání ta samá fyzika.

 

Objev Higgsových stavů v supravodiči není jenom tečkou za historickým příběhem Higgsova bosonu. Kolem samotného Higgsova bosonu se stále točí kontroverze a Frydmanův tým teď fyzikům vlastně nabídl možnost, jak zkoumat velkolepé záhady částicové fyziky s velice dostupným vybavením. Na druhou stranu, Velký hadronový srážeč v CERNu se nemusí bát o svůj osud. Stále má smysl a rozhodně ještě nepatří do starého železa. A fyzice nakonec jenom prospěje, že má k dispozici více různých technologií pro výzkum elementárních částic.

 

 

Video: CERN Says LHC Really Found Higgs Boson, Will Restart In 2015. Kredit: Newsy Science.

 

 

 

Literatura

Bar-Ilan University 19.2. 2015, Nature Physics 11: 188-192, Wikipedia (Higgs boson, Superconductivity).

Datum: 21.02.2015 16:43
Tisk článku


Diskuze:

Hloubky hmoty a hloubky vesmíru

Vlastislav Mach,2015-02-28 20:34:45

Tak mi to bádání do hloubek hmoty a do hloubek vesmíru ( struktury a nadstruktury ) připomínají fraktály. Je to jen moje soukromá myšlenka, ale jde o názor.

Odpovědět

Higgsuv mode, ne boson

Jaromir Mrazek,2015-02-23 12:29:40

Zdravim,
rekl bych, ze z clanku nevyplyva, ze se jedna o jinou fyziku a zadny Higgsuv bozon tam neni pozorovan. Jestli to dobre chapu, tak ve specialni konfiguraci (2D) vyvolali stav, kdy prah absorpce elmg. zareni jde k nule a davaji to do souvislosti s delkou penetrace elmg. pole(?), ktera je reciprocne umerna hmote kalibracniho pole. Zrejme matematika tam funguje podobne, tak se tomu rika Higgsuv mod. V tech pevnych latkach vubec delaji kouzla, treba ten magneticky monopol...

Odpovědět

Těžko říct

Milan V,2015-02-23 01:21:19

Taky mě to zajímalo a chvíli jsem brouzdal.
Našel jsem tohle moudro:
"Fotony získávají v supravodiči hmotnost v důsledku interakce s Bose-Einsteinovým kondenzátem tvořeným Cooperovými páry."
což má být analogie
"Částice získávají hmotnost v důsledku interakce s Higgsovým polem."
Kromě toho v tom nějakou, nejspíš zásadní, roli hraje narušení symetrie, když a) supravodič ochladíme pod kritickou teplotu, b) když Higgsovo pole... něco.
Snad jsem vám pomohl ;-)

Odpovědět

Higgosvy stavy

David Nečas,2015-02-22 21:03:48

Možná je všem ostatním jasné, co jsou Higgsovy stavy v pevné látce, ale já bych v takovém článku ocenil trochu připomenutí (na rozdíl od popisu, co je elektronvolt nebo supravodič). Počítám, že je to taky nějaká kvazičástice, jako všechno, ale jak vypadá a čím je analogická s Higgsem standardního modelu?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace