Το μυστήριο της μάζας

Τα πολυάριθμα υλικά σωματίδια και οι φορείς των δυνάμεων ποικίλουν σε μάζα. Το φωτόνιο, ο φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, και τα γλουόνια που φέρουν την ισχυρή δύναμη, έχουν μηδενική μάζα, ενώ οι φορείς της ασθενούς δύναμης, τα σωματίδια W και Ζ, ζυγίζουν το καθένα όσο 80 ή 90 πρωτόνια ή αλλιώς όσο ένας σχετικά μεγάλος πυρήνας. Το βαρύτερο στοιχειώδες σωματίδιο που έχει βρεθεί ως τώρα, ο αθλητής βαρέων βαρών, είναι το ψηλό (top) κουάρκ. Είναι δύο φορές πιο βαρύ από τα σωματίδια W και Z, και ζυγίζει περίπου όσο και ο πυρήνας του χρυσού! Το ηλεκτρόνιο, από την άλλη μεριά, είναι περίπου 350,000 φορές ελαφρύτερο από το ψηλό κουάρκ, και τα νετρίνα μπορεί να μην έχουν τελικά καθόλου μάζα.

Σωματίδιο	Μάζα (Gev/c²)
u (άνω)	.005
d (κάτω)	.01
c (γοητευτικό)	1.5
s (παράξενο)	0.2
t (ψηλό)	180
b (χαμηλό)	4.7

Σωματίδιο	Μάζα (Gev/c²)
νετρίνο ηλεκτρονίου	<7x10^-9
ηλεκτρόνιο	.000511
νετρίνο μονίου	<.0003
μιόνιο	0.106
νετρίνο ταυ	<.03
ταυ	1.7771

Ο λόγος για τον οποίο υπάρχει τέτοια ποικιλία στην κλίμακα της μάζας αποτελεί ένα από τα αινίγματα που έχουν απομείνει άλυτα στη σωματιδιακή φυσική. Πραγματικά, ο τρόπος με τον οποίο τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους δεν έχει ακόμα κατανοηθεί πλήρως. Στις πιο απλές θεωρίες, όλα τα σωματίδια έχουν μηδενική μάζα, το οποίο είναι προφανώς λάθος, άρα πρέπει να υπάρχει κάτι που να τους δίνει τις διαφορετικές μάζες τους. Στο Καθιερωμένο Πρότυπο, τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους με ένα μηχανισμό που έχει το όνομα του θεωρητικού φυσικού Πίτερ Χιγκς (Peter Higgs). Σύμφωνα με τη θεωρία, όλα τα σωματίδια της ύλης και οι φορείς των δυνάμεων αλληλεπιδρούν με ένα άλλο σωματίδιο, γνωστό ως μποζόνιο Higgs. Η ισχύς αυτής της αλληλεπίδρασης γεννά αυτό που ονομάζουμε μάζα: όσο πιο ισχυρή είναι η αλληλεπίδραση, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα.

Τα πειράματα πρέπει να αποδείξουν εάν αυτή η θεωρία είναι σωστή.
Η έρευνα για το μποζόνιο Higgs (ή τα μποζόνια!) έχει ήδη αρχίσει στον επιταχυντή συγκρουόμενων δεσμών ηλεκτρονίων ποζιτρονίων (LEP) στο CERN, και θα συνεχιστεί στον εικοστό πρώτο αιώνα με την καινούρια μηχανή του CERN, τον Μεγάλο Επιταχυντή Συγκρουόμενων Δεσμών Αδρονίων (Large Hadron Collider).