Zagadka mas cząstek

Zakres mas cząstek materii oraz cząstek odpowiedzialnych za działanie sił przyrody jest bardzo szeroki. Foton - nośnik sił elektromagnetycznych - oraz gluony pośredniczące w oddziaływaniach silnych nie mają masy wcale. Cząstki W i Z - nośniki sił słabych - ważą natomiast tyle co 80 do 90 protonów lub inaczej mówiąc tyle, co atom średniej wielkości. Najmasywniejszą fundamentalną cząstką odnalezioną jak do tej pory jest kwark prawdziwy t. Jest on dwa razy cięższy od cząstek W i Z. Ważąc tyle co atom złota, należy do wagi superciężkiej cząstek elementarnych. Na drugim końcu zakresu mas znajdują się elektron, w przybliżeniu 300 000 razy lżejszy od kwarka t, oraz neutrino, mogące wcale nie mieć masy.

Cząstka (kwark)	Masa (GeV/c²)
u (górny)	0,005
d (dolny)	0,01
c (powabny)	1,5
s (dziwny)	0,2
t (prawdziwy)	180
b (piękny)	4,7

Cząstka (lepton)	Masa (GeV/c²)
neutrino elektronowe	<7x10^-9
elektron	0,000511
neutrino mionowe	<0,0003
mion	0,106
neutrino taonowe	<0,03
taon	1,7771

Powód istnienia tak szerokiego zakresu mas jest jedną z nierozwiązanych zagadek fizyki cząstek elementarnych. W rzeczywistości nasza wiedza jest znacznie bardziej ograniczona. Do tej pory bowiem sam mechanizm uzyskiwania masy przez cząstki ciągle nie jest właściwie zrozumiany. W najprostszych teoriach wszystkie cząstki są bezmasowe, co jest oczywistą nieprawdą i wymaga wprowadzenia czegoś, co nada cząstkom ich różne masy. W Modelu Standardowym sposobem tym jest mechanizm nazwany na cześć teoretyka Petera Higgsa mechanizmem Higgsa. Zgodnie z Modelem Standardowym wszystkie cząstki materii oraz nośniki przenoszące siły przyrody oddziałują z dodatkową cząstką, nazywaną bozonem Higgsa. To siła tego oddziaływania nadaje cząstkom masę: im jest ono silniejsze, tym jest ona większa.

Symulacja typowego rozpadu bozonu Higgsa

Wciąż oczekujemy, aby eksperymenty pokazały, czy powyższa teoria jest poprawna. Rozpoczęto już poszukiwania bozonu (lub bozonów!) Higgsa w zderzaczu LEP w CERN-ie. Będą one kontynuowane w XXI wieku przy użyciu przyszłej CERN-owskiej maszyny - wielkiego zderzacza hadronowego LHC (Large Hadron Collider).