Το μποζόνιο Χιγκς και η μάζα των συνηθισμένων υλικών

Ένα σχόλιο του συγγραφέα του διάσημου βιβλίου "The Elegant Universe" Brian Green γύρω από τη μάζα των υλικών, με αφορμή τη συζήτηση γύρω από το μποζόνιο Χιγκς.

Αν διαβάσατε τη δημοσίευσή μας "Τι είναι το Μποζόνιο Χιγκς;" θα είδατε ότι υπάρχει ένα σημείο, που πιθανόν να σας δημιούργησε μία κρίσιμη απορία. Είναι το σημείο όπου αναφέρεται ότι μόνο ένα μικρό μέρος της μάζας των συνηθισμένων υλικών, που μας  περιβάλλει, προέρχεται από τα σωματίδια Χιγκς. Επομένως μένει να απαντηθεί - εννοείται με κατανοητό και εκλαϊκευμένο τρόπο - το ερώτημα, από πού τελικά προέρχεται το μεγαλύτερο μέρος της μάζας των υλικών. Στο ερώτημα αυτό απαντάει, σύντομα και κατανοητά για τον καθένα, ο Brain Green, συγγραφέας, Φυσικός, -  του Best Seller "The Elegant Universe" . Ιδού:

Το πεδίο Χιγκς παρέχει τη μάζα στα θεμελιώδη σωματίδια, όπως είναι τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκς και αυτό είναι πάρα πολύ σημαντικό. Αλλά όταν πάμε στις συνήθεις μάζες, όπως εσείς και γω, τα οχήματα, οι μπάλες κ.ά, οι μάζες δεν εμφανίζονται από το πεδίο Χιγκς.

Η συνήθης ύλη έχει φτιαχτεί από τα άτομα, η μάζα των οποίων προέρχεται από τα πρωτόνια και νετρόνια - τα οποία, με τη σειρά τους, έχουν φτιαχτεί από τρία κουάρκς το καθένα. Αλλά αν προσθέσεις τις μάζες των κουάρκς ( που προέρχονται από τα Χιγκς ) το σύνολο είναι μόνο ένα μικρό ποσοστό της συνολικής μάζας του πρωτονίου και νετρονίου. Από πού λοιπόν προέρχεται το κύριο μέρος της μάζας των πρωτονίων και νετρονίων;

Ο καθηγητής Peter Higgs θεμελιώνει θεωρητικά την ύπαρξη του ομώνυμου 

σωματιδίου. Το CERN το επιβεβαίωσε και πειραματικά.

Η απάντηση έρχεται από την περίφημη εξίσωση του Einstein 

                                              

η οποία γράφεται ισοδύναμα

                                                  

που, μας λέει ουσιαστικά, ότι η ενέργεια (Ε) παράγει μάζα (m).

Τα κουάρκς στο εσωτερικό των πρωτονίων κρατιούνται κολλημένα μεταξύ τους μ' ένα είδος πυρηνικής κόλλας ("γλουόνια") και αυτή η κόλλα περικλείει τεράστια ενέργεια. Τελικά το μεγαλύτερο μέρος της μάζας των πρωτονίων ( και νετρονίων ) προέρχεται από αυτήν την ενέργεια.

Επομένως, ενώ τα Χιγκς δίνουν μάζα στα κουάρκς και σε άλλα θεμελίωδη σωματίδια, η ενέργεια των γλουονίων είναι υπεύθυνη για το μέγιστο μέρος της μάζας των πρωτονίων και νετρονίων και άρα για τη μάζα της συνηθισμένης ύλης που υπάρχει γύρω μας.