L’effetto di Higgs è stato teorizzato per la prima volta nel 1968 dagli scrittori del PRL symmetry breaking papers. Nel 1964, tre gruppi scrissero articoli scientifici che proponevano approcci correlati ma diversi per spiegare come la massa potesse sorgere nelle teorie di gauge locali.

Nel 2013 il bosone di Higgs, e implicitamente l’effetto di Higgs, sono stati provati provvisoriamente al Large Hadron Collider (e il bosone di Higgs è stato scoperto il 4 luglio 2012). L’effetto è stato visto come trovare un pezzo mancante del modello Standard.

Secondo la teoria di gauge (la teoria alla base del Modello standard), tutte le particelle che trasportano forza dovrebbero essere senza massa. Tuttavia, le particelle di forza che mediano la forza debole hanno massa. Ciò è dovuto all’effetto di Higgs, che rompe la simmetria SU(2); (SU sta per special unitary, un tipo di matrice, e 2 si riferisce alla dimensione delle matrici coinvolte).

Una simmetria di un sistema è un’operazione eseguita su un sistema, come la rotazione o lo spostamento, che lascia il sistema fondamentalmente invariato. Una simmetria fornisce anche una regola per come qualcosa dovrebbe sempre agire a meno che non agisca da una forza esterna. Un esempio è il cubo di Rubik. Se prendiamo un cubo di Rubik e lo strapazziamo facendo qualsiasi mossa vogliamo, è ancora possibile risolverlo. Poiché ogni mossa che facciamo lascia ancora risolvibile il cubo di Rubik, possiamo dire che queste mosse sono “simmetrie” del cubo di Rubik. Insieme, formano quello che chiamiamo il gruppo di simmetria del cubo di Rubik. Fare una di queste mosse non cambia il puzzle, lasciandolo sempre risolvibile. Ma possiamo rompere questa simmetria facendo qualcosa come smontare il cubo e rimetterlo insieme in un modo completamente sbagliato. Non importa quali mosse proviamo ora, non è possibile risolvere il cubo. Rompere il cubo e rimetterlo insieme nel modo sbagliato è la “forza esterna”: senza questa forza esterna, nulla che facciamo al cubo lo rende irrisolvibile. La simmetria del cubo di Rubik è che rimane risolvibile qualsiasi mossa facciamo, finché non smontiamo il cubo.

Creazione del bosone di Higgs

Il modo in cui la simmetria SU(2) è rotta è noto come “rottura spontanea della simmetria”. Spontaneo significa casuale o inaspettato, le simmetrie sono le regole che vengono cambiate e la rottura si riferisce al fatto che le simmetrie non sono più le stesse. Il risultato della rottura spontanea della simmetria SU(2) può essere un bosone di Higgs.

Il cosiddetto “Potenziale di cappello messicano”

Motivo dell’effetto Higgsedit

L’effetto Higgs si verifica perché la natura “tende” allo stato energetico più basso. L’effetto di Higgs avverrà perché i bosoni di gauge vicino a un campo di Higgs vorranno essere nei loro stati di energia più bassi, e questo romperebbe almeno una simmetria.

Per giustificare il dare massa a una particella senza massa, gli scienziati sono stati costretti a fare qualcosa fuori dall’ordinario. Presumevano che i vuoti (spazio vuoto) avessero effettivamente energia, e in questo modo, se una particella che pensiamo come senza massa dovesse entrarvi, l’energia dal vuoto sarebbe trasferita in quella particella, dandole massa. Un matematico di nome Jeffrey Goldstone ha dimostrato che se si viola una simmetria, (ad esempio, una simmetria con un cubo di Rubik sarebbe se si afferma che gli angoli devono sempre essere ruotati 0 o 3 volte per essere risolvibili (funziona)), si verificherà una reazione. Nel caso del cubo di Rubik, il cubo diventerà irrisolvibile se violato. Nel caso del campo di Higgs, viene prodotto qualcosa che prende il nome da Jeffrey Goldstone (e un altro scienziato che ha lavorato con lui di nome Yoichiro Nambu), un bosone di Nambu-Goldstone. Questa è una forma eccitata o energetica del vuoto, che può essere rappresentata graficamente rivelando quella mostrata sopra. Questo è stato spiegato per la prima volta da Peter Higgs.