Содержание
Бозон Хиггса
H → 2γ или на две пары лептон-антилептон (коллаборация H → e+e−e+e−, M(H) = 125 ГэВ,
|
С точки
Или, наоборот,как бозон Хиггса изменил наше представление о Вселенной
Анастасия
Никифорова
Новостной редактор
Анастасия
Никифорова
Новостной редактор
В течение десятилетий физики искали доказательства существования бозона Хиггса как «последней недостающей части» Стандартной модели.
«Хайтек» рассказывает о главных открытиях, связанных с божественной частицей.
Читайте «Хайтек» в
Десять лет назад, 4 июля 2012 года, коллаборация ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (БАК) объявила об обнуржении новой частицы с характеристиками, согласующимися с характеристиками бозона Хиггса, предсказанными Стандартной моделью физики элементарных частиц. Открытие стало важной вехой в истории науки и привлекло внимание всего мира.
Годом позже Франсуа Энглер и Питер Хиггс получили Нобелевскую премию по физике за предсказание, сделанное десятилетиями ранее вместе с покойным Робертом Браутом, нового фундаментального поля, известного как поле Хиггса. Оно пронизывает Вселенную, проявляет себя как бозон Хиггса и придает массу элементарным частицам.
Как нашли бозон?
Открытие бозона Хиггса — результат международного сотрудничества команд ATLAS и CMS (компактный мюонный соленоид) в ЦЕРН. В поисках «божественной частицы» приняли участие более 5500 инженеров, техников, физиков-элементаристов, студентов и других экспертов из 54 стран.
Сотрудники более 240 научных институтов со всего мира участвовали в поисках бозона Хиггса на БАК, что сделало его одним из крупнейших научных проектов в истории.
По данным ЦЕРН, все полученные до сих пор результаты на коллайдере основаны всего на 5% от общего объема данных, которые коллайдер предоставит за время своего существования. Он уже подтвердил ряд теорий и предсказаний Стандартной модели физики, а также раскрыл новую информацию.
Главные открытия
Спустя 10 лет после открытия ученые рассказали о наиболее значительных достижениях исследования бозона Хиггса:
— Эксперименты показали, что новая частица не имеет собственного углового момента или квантового спина, как предсказывает Стандартная модель.
— Исследователи наблюдали, как бозоны Хиггса образуются из пар W- или Z-бозонов и распадаются на них, подтверждая, что эти частицы приобретают свою массу за счет взаимодействия с полем Хиггса, как и предсказывает Стандартная модель.
— Эксперименты также показали, что верхний кварк, нижний кварк и тау-лептон (наиболее тяжелые фермионы) получают свою массу за счет взаимодействия с полем Хиггса, что также предсказала Стандартная модель.
Наблюдения подтвердили существование взаимодействия или силы, называемой взаимодействием Юкавы, которая является частью Стандартной модели и передается бозоном Хиггса. Эти взаимодействия играют важную роль в объяснении ядерных сил, удерживающих вместе протоны и нейтроны.
— Масса бозона Хиггса составила 125 млрд электронвольт (ГэВ). Хотя масса бозона Хиггса не предсказывается Стандартной моделью, вместе с массой самой тяжелой из известных элементарных частиц, топ-кварка и другими параметрами она может определять стабильность вакуума во Вселенной и объяснять, почему она не схлопывается.
— К 2022 году обнаружено более 60 составных частиц (тех, которые состоят из более чем двух элементарных частиц), предсказанных Стандартной моделью, включая экзотические «тетракварки» и «пентакварки».
Необычные отклонения
Согласно ЦЕРН, в ходе экспериментов ученые выявили несколько «интригующих намеков на отклонения от Стандартной модели», которые «требуют дальнейшего изучения». Также ученые с «беспрецедентными подробностями» изучили кварк-глюонную плазму, которая наполняла Вселенную в момент ее зарождения.
Также продолжаются исследования по поиску новых частиц помимо тех, которые предсказывает Стандартная модель.
По словам представителя CMS Луки Мальджери, «сам бозон Хиггса может указывать на новые явления, в том числе те, которые ответственны за темную материю во Вселенной».
Новые вопросы
Исследования «божественной частицы» продолжаются, и БАК постоянно предоставляет ценные данные, связанные с полями и бозоном Хиггса. Физикам еще предстоит найти ответы на многие вопросы, например:
— Придает ли поле Хиггса массу более легким фермионам, или может действовать другой механизм?
— Является ли бозон Хиггса элементарной или сложной частицей?
— Может ли он взаимодействовать с темной материей и раскрывать природа этой загадочной формы материи?
— Что порождает массу бозона Хиггса и его взаимодействие с самим собой?
— Есть ли у него частицы-близнецы или родственники?
Что дальше?
Хотя ученые получили много информации о частице за последние 10 лет, остается много неизвестного.
Тем временем исследователи из ЦЕРН строят планы по созданию нового коллайдера — Future Circular Collider. Он будет еще больше, чем БАК — 100 км против 27 км. После того, как FCC заработает, он сможет выделять огромное количество бозонов Хиггса, что позволит ученым составить карту того, как эти частицы взаимодействуют с другим веществом.
Исследования (1, 2, 3), посвященные 10-летнему исследованию бозона Хиггса, опубликованы в журнале Nature.
Читать далее:
Черная дыра в Галактике подтвердила правоту Эйнштейна. Главное
Космос разрушает кости и меняет их структуру: ученые не знают, как люди полетят на Марс
Астрономы нашли планеты, которые отличаются от Земли, но пригодны для жизни
Как был открыт бозон Хиггса | Наука
Детектор ATLAS, один из двух экспериментов по обнаружению неуловимого бозона Хиггса в столкновениях частиц на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, весит целых сто 747 струй и содержит более 1800 миль кабеля.
Клаудия Марчеллони / ЦЕРН
Примечание редактора: 8 октября 2013 года Питер Хиггс и Франсуа Энглер получили Нобелевскую премию по физике за работу над бозоном Хиггса. Ниже наш научный обозреватель Брайан Грин объясняет науку, стоящую за открытием.
Известная история в анналах физики повествует о 5-летнем больном Альберте Эйнштейне, лежавшем в постели, получившем от отца игрушечный компас. Мальчик был одновременно озадачен и загипнотизирован работой невидимых сил, перенаправляющих стрелку компаса на север всякий раз, когда ее исходное положение нарушалось. Этот опыт, как позже скажет Эйнштейн, убедил его в том, что в природе существует глубокий скрытый порядок, и побудил его посвятить свою жизнь попыткам раскрыть его.
Хотя этой истории уже более века, загадка, с которой столкнулся молодой Эйнштейн, перекликается с ключевой темой современной физики, важной для самого важного экспериментального достижения в области науки за последние 50 лет: открытия, сделанного год назад.
в июле этого года бозона Хиггса.
Поясню.
Наука вообще и физика в частности ищут закономерности. Растяните пружину в два раза и почувствуйте в два раза большее сопротивление. Шаблон. Увеличьте объем, который занимает объект, сохраняя при этом его массу фиксированной, и чем выше он будет плавать в воде. Шаблон. Внимательно наблюдая закономерности, исследователи открывают физические законы, которые можно выразить на языке математических уравнений.
В случае с компасом также очевидна четкая закономерность: переместите его, и стрелка снова укажет на север. Я могу представить себе молодого Эйнштейна, который думает, что должен существовать общий закон, согласно которому подвешенные металлические иглы толкаются на север. Но такого закона не существует. Когда в области есть магнитное поле, на определенные металлические объекты действует сила, которая выравнивает их вдоль направления поля, каким бы оно ни было. И магнитное поле Земли указывает на север.
Пример простой, но урок глубокий.
Образцы природы иногда отражают две взаимосвязанные черты: фундаментальные физические законы и влияние окружающей среды. Это природная версия природы против воспитания. В случае с компасом распутать их не сложно. Манипулируя им с помощью магнита, вы легко приходите к выводу, что ориентация магнита определяет направление стрелки. Но могут быть и другие ситуации, когда влияние окружающей среды настолько распространено и находится за пределами нашей способности манипулировать, что было бы гораздо сложнее распознать их влияние.
Физики рассказывают притчу о рыбах, исследующих законы физики, но настолько привыкших к своему водному миру, что не учитывают его влияния. Рыбы изо всех сил пытаются объяснить легкое покачивание растений, а также их собственное передвижение. Законы, которые они в конечном итоге находят, сложны и громоздки. Затем у одной блестящей рыбы есть прорыв. Возможно, сложность отражает простые фундаментальные законы, действующие в сложной среде, наполненной вязкой, несжимаемой и всепроникающей жидкостью: океаном.
Поначалу проницательную рыбку игнорируют, даже высмеивают. Но постепенно другие тоже понимают, что их окружение, несмотря на его привычность, оказывает значительное влияние на все, что они наблюдают.
Притча ближе к сути, чем мы могли бы подумать? Могут ли быть другие, тонкие, но всепроникающие особенности окружающей среды, которые мы до сих пор не смогли должным образом отразить в своем понимании? Открытие частицы Хиггса на Большом адронном коллайдере в Женеве убедило физиков в однозначном положительном ответе.
Почти полвека назад Питер Хиггс и несколько других физиков пытались понять происхождение основной физической характеристики: массы. Вы можете думать о массе как о весе объекта или, немного точнее, как о сопротивлении, которое он оказывает изменению его движения. Толкните товарный поезд (или перо), чтобы увеличить его скорость, и сопротивление, которое вы почувствуете, отразится на его массе. На микроскопическом уровне масса грузового поезда создается составляющими его молекулами и атомами, которые сами состоят из элементарных частиц, электронов и кварков.
Но откуда берутся массы этих и других элементарных частиц?
Когда физики в 1960-х моделировали поведение этих частиц, используя уравнения, основанные на квантовой физике, они столкнулись с загадкой. Если бы они представили, что все частицы не имеют массы, то каждое слагаемое в уравнениях образует идеально симметричную структуру, подобную вершинам идеальной снежинки. И эта симметрия была не просто математически элегантной. Это объясняло закономерности, очевидные в экспериментальных данных. Но — и вот в чем загадка — физики знали, что частицы имеют массу, и когда они модифицировали уравнения, чтобы учесть этот факт, математическая гармония была нарушена. Уравнения стали сложными и громоздкими и, что еще хуже, непоследовательными.
Что делать? Вот идея, выдвинутая Хиггсом. Не пихайте массы частиц в глотку красивых уравнений. Вместо этого сохраняйте уравнения чистыми и симметричными, но считайте, что они работают в особой среде. Представьте себе, что все пространство равномерно заполнено невидимой субстанцией — теперь называемой полем Хиггса, — которая притягивает частицы, когда они ускоряются в ней.
Надавите на фундаментальную частицу, чтобы увеличить ее скорость, и, согласно Хиггсу, вы почувствуете эту силу сопротивления как сопротивление. С полным основанием вы бы интерпретировали сопротивление как массу частицы. Для умственной опоры представьте мячик для пинг-понга, погруженный в воду. Когда вы толкаете мячик для пинг-понга, он кажется намного массивнее, чем вне воды. Его взаимодействие с водной средой приводит к тому, что он наделяется массой. Так и с частицами, погруженными в поле Хиггса.
В 1964 году Хиггс представил в известный физический журнал статью, в которой математически сформулировал эту идею. Бумага была отклонена. Не потому, что в нем была техническая ошибка, а потому, что предположение о невидимом чем-то, пронизывающем пространство, взаимодействующем с частицами и обеспечивающем их массу, ну, все это выглядело как куча раздутых домыслов. Редакция журнала сочла его «не имеющим очевидного отношения к физике».
Но Хиггс проявил настойчивость (и его исправленная статья появилась позже в том же году в другом журнале), и физики, которые нашли время для изучения предложения, постепенно поняли, что его идея была гениальным ходом, который позволил им получить свой пирог и съесть это тоже.
В схеме Хиггса фундаментальные уравнения могут сохранять свою первоначальную форму, потому что грязная работа по определению масс частиц возлагается на окружающую среду.
Хотя меня не было рядом, чтобы стать свидетелем первоначального отклонения предложения Хиггса в 1964 году (ну, я был рядом, но очень редко), я могу засвидетельствовать, что к середине 1980-х оценка изменилась. Физическое сообщество по большей части полностью разделяло идею существования поля Хиггса, пронизывающего пространство. На самом деле, в аспирантуре я изучал то, что известно как Стандартная модель физики элементарных частиц (квантовые уравнения, которые физики собрали для описания частиц материи и доминирующих сил, с помощью которых они влияют друг на друга), профессор представил теорию Хиггса. поле с такой уверенностью, что я долгое время не подозревал, что оно еще должно быть установлено экспериментально. Иногда такое случается в физике. Математические уравнения иногда могут рассказать такую убедительную историю, они могут, казалось бы, так сильно излучать реальность, что закрепляются в просторечии работающих физиков еще до того, как появятся данные, подтверждающие их.
Но только с помощью данных можно установить связь с реальностью. Как мы можем проверить поле Хиггса? Вот тут-то и появляется Большой адронный коллайдер (БАК). Проходя сотни ярдов под Женевой, Швейцария, пересекая французскую границу и обратно, БАК представляет собой круглый туннель длиной почти 17 миль, который служит гоночной трассой для столкновение частиц материи. БАК окружен примерно 9000 сверхпроводящих магнитов и является домом для полчищ протонов, вращающихся вокруг туннеля в обоих направлениях, которые магниты разгоняют почти до скорости света. На таких скоростях протоны проносятся по туннелю примерно 11 000 раз в секунду и, направляемые магнитами, в мгновение ока совершают миллионы столкновений. Столкновения, в свою очередь, производят брызги частиц, похожие на фейерверки, которые улавливают и регистрируют гигантские детекторы.
Одним из основных мотивов создания БАК, стоимость которого составляет порядка 10 миллиардов долларов и в котором участвуют тысячи ученых из десятков стран, был поиск доказательств существования поля Хиггса.
Математика показала, что если идея верна, если мы действительно погружаемся в океан поля Хиггса, то сильные столкновения частиц должны колебать поле подобно тому, как две сталкивающиеся подводные лодки колеблют воду вокруг себя. И время от времени покачивание должно быть как раз таким, чтобы смахнуть крупинку поля — крошечную капельку океана Хиггса, — которая появится как долгожданная частица Хиггса.
Расчеты также показали, что частица Хиггса будет нестабильной, распадаясь на другие частицы за мизерную долю секунды. В водовороте сталкивающихся частиц и вздымающихся облаков твердых частиц ученые, вооруженные мощными компьютерами, будут искать отпечаток Хиггса — образец продуктов распада, определяемый уравнениями.
Ранним утром 4 июля 2012 года я собрался с примерно 20 другими приверженцами в конференц-зале Аспенского центра физики, чтобы посмотреть прямую трансляцию пресс-конференции на объектах Большого адронного коллайдера в Женеве. Примерно за шесть месяцев до этого две независимые группы исследователей, которым было поручено собрать и проанализировать данные БАК, объявили о серьезных доказательствах того, что частица Хиггса была обнаружена.
В настоящее время в сообществе физиков ходит слух, что у команд наконец-то появилось достаточно доказательств, чтобы сделать окончательные заявления. В сочетании с тем фактом, что самого Питера Хиггса попросили совершить поездку в Женеву, было достаточно мотивации не ложиться спать после 3 часов ночи, чтобы услышать объявление в прямом эфире.
Мир быстро понял, что доказательство того, что частица Хиггса была обнаружена, было достаточно убедительным, чтобы перешагнуть порог открытия. Теперь, когда частица Хиггса была официально обнаружена, аудитория в Женеве разразилась бурными аплодисментами, как и наша небольшая группа в Аспене, и, несомненно, десятки подобных собраний по всему миру. Питер Хиггс вытер слезу.
С годами ретроспективного взгляда и дополнительными данными, которые только укрепили аргументы в пользу теории бозона Хиггса, я бы резюмировал наиболее важные последствия этого открытия.
Во-первых, мы давно знаем, что в космосе есть невидимые обитатели. Радио и телевизионные волны.
Магнитное поле Земли. Гравитационные поля. Но ни один из них не является постоянным. Никто не неизменен. Ни одно из них не присутствует равномерно во всей Вселенной. В этом отношении поле Хиггса принципиально отличается. Мы полагаем, что его значение одинаково на Земле и вблизи Сатурна, в туманностях Ориона, по всей Галактике Андромеды и везде. Насколько мы можем судить, поле Хиггса неизгладимо отпечатывается на пространственной ткани.
Во-вторых, частица Хиггса представляет собой новую форму материи, появление которой ожидалось многими десятилетиями, но никогда не наблюдалось. В начале 20-го века физики поняли, что у частиц, помимо их массы и электрического заряда, есть третья определяющая характеристика: их вращение. Но, в отличие от детской волчки, вращение частицы — неизменная внутренняя характеристика; он не ускоряется и не замедляется со временем. Электроны и кварки имеют одинаковое значение спина, в то время как спин фотонов — частиц света — в два раза больше, чем у электронов и кварков.
Уравнения, описывающие частицу Хиггса, показали, что, в отличие от любых других видов фундаментальных частиц, у нее вообще не должно быть спина. Данные с Большого адронного коллайдера подтвердили это.
Установление существования новой формы материи — редкое достижение, но результат имеет резонанс в другой области: космологии, научном исследовании того, как вся Вселенная возникла и развилась в форму, которую мы сейчас наблюдаем. В течение многих лет космологи, изучающие теорию Большого Взрыва, зашли в тупик. Они собрали надежное описание того, как Вселенная развивалась за доли секунды после начала, но они не смогли дать никакого представления о том, что вообще заставило пространство начать расширяться. Какая сила могла оказать такое мощное внешнее воздействие? При всем своем успехе теория Большого взрыва не учитывала взрыв.
В 1980-х годах было найдено возможное решение, которое звонит в колокол Хиггса. Если область пространства равномерно заполнена полем, частицы которого не имеют спина, то эйнштейновская теория гравитации (общая теория относительности) показывает, что может возникнуть мощная сила отталкивания — взрыв, и притом большой.
Расчеты показали, что реализовать эту идею с самим полем Хиггса трудно; двойная обязанность обеспечения массы частиц и подпитки взрыва оказывается существенным бременем. Но проницательные ученые поняли, что постулируя второе «подобное Хиггсу» поле (обладающее тем же исчезающим спином, но другой массой и взаимодействиями), они могли бы разделить бремя — одно поле для массы, а другое — для отталкивающего толчка — и предложить убедительное объяснение взрыва. Из-за этого уже более 30 лет физики-теоретики энергично исследуют космологические теории, в которых такие хиггсовские поля играют существенную роль. Были написаны тысячи журнальных статей, развивающих эти идеи, и миллиарды долларов были потрачены на наблюдения в дальнем космосе в поисках и обнаружении косвенных доказательств того, что эти теории точно описывают нашу Вселенную. Таким образом, подтверждение БАК того, что по крайней мере одно такое поле действительно существует, ставит поколение космологических теорий на гораздо более прочную основу.
Наконец, и, возможно, это самое важное, открытие частицы Хиггса — это поразительный триумф математики, способной раскрыть устройство Вселенной. Это история, которая повторялась в физике множество раз, но каждый новый пример все равно волнует. Возможность существования черных дыр возникла в результате математических анализов немецкого физика Карла Шварцшильда; последующие наблюдения доказали, что черные дыры существуют. Космология Большого Взрыва возникла в результате математических анализов Александра Фридмана, а также Жоржа Леметра; последующие наблюдения также подтвердили правильность этого понимания. Концепция антиматерии впервые возникла в результате математического анализа квантового физика Поля Дирака; последующие опыты показали, что и эта идея верна. Эти примеры дают представление о том, что имел в виду великий физик-математик Юджин Вигнер, когда говорил о «необоснованной эффективности математики в описании физической вселенной». Поле Хиггса возникло в результате математических исследований, направленных на поиск механизма, наделяющего частицы массой.
И снова математика прошла с честью.
Я сам физик-теоретик, один из многих, посвятивших себя поиску того, что Эйнштейн назвал «единой теорией» — глубоко скрытых связей между всеми силами природы и материей, о которых мечтал Эйнштейн, спустя много времени после того, как увлекся физикой благодаря таинственным работам компас — открытие бозона Хиггса особенно приятно. Наша работа основана на математике и до сих пор не имела контакта с экспериментальными данными. Мы с нетерпением ждем 2015 года, когда модернизированный и еще более мощный БАК снова будет включен, так как есть шанс, что новые данные докажут, что наши теории движутся в правильном направлении. Основные вехи будут включать в себя открытие класса ранее невидимых частиц (называемых «суперсимметричными» частицами), которые предсказывают наши уравнения, или намеки на дикую возможность пространственных измерений за пределами трех, которые мы все ощущаем. Еще более захватывающим было бы открытие чего-то совершенно непредвиденного, отправляющего нас всех обратно к школьным доскам.
Многие из нас пытаются взобраться на эти математические горы уже 30 лет, а некоторые даже дольше. Временами нам казалось, что единая теория просто недоступна для понимания, а в других случаях мы действительно блуждаем в темноте. Для нашего поколения очень важно стать свидетелями подтверждения бозона Хиггса, увидеть математические открытия четырехдесятилетней давности, реализованные в виде хлопков и потрескиваний в детекторах БАК. Это напоминает нам о том, что нужно принять близко к сердцу слова нобелевского лауреата Стивена Вайнберга: «Наша ошибка не в том, что мы слишком серьезно относимся к нашим теориям, а в том, что мы относимся к ним недостаточно серьезно. Всегда трудно понять, что эти числа и уравнения, с которыми мы играем за рабочим столом, имеют какое-то отношение к реальному миру». Иногда эти числа и уравнения обладают сверхъестественной, почти жуткой способностью освещать темные уголки реальности. Когда они это сделают, мы станем намного ближе к пониманию своего места в космосе.
Детектор ATLAS, один из двух экспериментов по обнаружению неуловимого бозона Хиггса в столкновениях частиц на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, весит целых сто 747 струй и содержит более 1800 миль кабеля.
Клаудия Марчеллони / ЦЕРН
Компактный мюонный соленоид на Большом адронном коллайдере улавливает частицы в действии.
Майкл Хох / ЦЕРН
Вернемся к чертежной доске: физик Питер Хиггс нацарапал свое знаменитое уравнение, описывающее источник массы частицы. Потребуется полвека, чтобы доказать это.
Стюарт Уоллес / Splash News / Newscom
Команда работает с детектором ATLAS, одним из двух экспериментов по обнаружению неуловимого бозона Хиггса в столкновениях частиц.
Клаудия Марчеллони / ЦЕРН
До установки части детектора CMS находились в уборной ЦЕРНа.
Максимилиан Брайс, Майкл Хох, Джозеф Гобин / ЦЕРН
Магнит в детекторе CMS создает магнитное поле в 100 000 раз сильнее, чем у Земли.
Гобин / ЦЕРН
Крупный план детектора CMS — одного из двух экспериментов по обнаружению сигнатур бозона Хиггса.
Гобин / ЦЕРН
Хотя бозон Хиггса кажется слишком коротким, чтобы его можно было обнаружить напрямую, физики из CMS могут сделать вывод о его существовании, изучая потоки частиц, оставшихся после протон-протонных столкновений.
Т. Макколи, Л. Тейлор / ЦЕРН
Рекомендуемые видео
Бозон Хиггса
Бозон Хиггса
Все известные силы во Вселенной являются проявлениями четырех фундаментальных сил: сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного. Но почему четыре? Почему не только одна главная сила? Те, кто присоединился к поиску единой объединенной основной силы, заявили, что первый шаг к объединению был сделан с открытием частиц W и Z, промежуточных векторных бозонов. Несмотря на то, что электрослабая унификация была воспринята как большой шаг вперед, оставалась главная концептуальная проблема. Если слабое и электромагнитное взаимодействие являются частью одного и того же электрослабого взаимодействия, то почему частица, обменивающая электромагнитное взаимодействие, фотон, не имеет массы, а массы W и Z более чем в 80 раз больше массы протона! Электромагнитные и слабые взаимодействия определенно не выглядят одинаково в нынешней низкотемпературной Вселенной, поэтому должно было произойти какое-то спонтанное нарушение симметрии, когда горячая Вселенная достаточно остыла, чтобы энергии частиц упали ниже 100 ГэВ. Теории приписывают нарушение симметрии полю, называемому полем Хиггса, и для его передачи требуется новый бозон, бозон Хиггса.
Поиск бозона Хиггса был одной из приоритетных задач Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе. В конце 2011 года результаты LHC, казалось, ограничивали бозон Хиггса между 114 и 145 ГэВ, если он должен соответствовать стандартной модели физики элементарных частиц. Затем в 2012 г. пик на 125 ГэВ был обнаружен детекторами Atlas и CMS, а к 2013 г. появилась уверенность в том, что бозон Хиггса обнаружен.
| Index Концепции фундаментальных сил Vimeo Хиггса Vimeo Хиггса Atlas Bulletin on Higgs Бозон Хиггса Wiki | ||||
| Вернуться |
Теперь, после открытия топ-кварка, появились дразнящие доказательства того, что бозон Хиггса может иметь энергию в диапазоне нескольких сотен ГэВ и, следовательно, в диапазоне современных ускорителей. В Fermilab данные детектора D0 используются с массами кварков W и T для оценки массы бозона Хиггса. Предположения о том, что он может иметь массу ниже 200 ГэВ, сделали его одним из приоритетных направлений физики высоких энергий.| Индекс Концепции фундаментальных сил Кэрролл | |||
| Назад |
.. Одной из важнейших задач детектора ATLAS и детектора CMS Большого адронного коллайдера был поиск бозона Хиггса. Предыдущие эксперименты предполагали, что бозон Хиггса может иметь массу менее 200 ГэВ и находиться в пределах досягаемости детектора Atlas. 4 июля 2012 года ATLAS и детекторы CMS на LHC сообщили о наличии частицы, соответствующей бозону Хиггса, с энергией около 125 ГэВ, или в 133 раза больше массы протона. Об этом и последующих исследованиях сообщается в бюллетене Atlas от 4 июля 2018 года. Частица была обнаружена по ее распаду на два фотона и четыре лептона. Эти эксперименты показали, что свойства частицы и ее взаимодействия с другими частицами хорошо согласуются с предполагаемыми свойствами бозона Хиггса. В марте 2013 года ЦЕРН объявил, что новая частица действительно является бозоном Хиггса, а двое физиков-теоретиков, Питер Хиггс и Франсуа Энглер, были удостоены Нобелевской премии по физике за свой вклад. В бюллетене Atlas от 26 октября 2017 г. описаны доказательства существования бозона Хиггса в ассоциации с двумя топ-кварками.
Нажмите на частицу для дальнейшего обсуждения. Это изменено с рисунка 4 бюллетеня Atlas. Он показывает данные из Atlas и CMS, чтобы показать пропорциональность массы частиц силе взаимодействия с полем Хиггса. Продолжающиеся исследования после открытий 2013 года показали, что бозон Хиггса соответствует предсказанным свойствам: нулевой спин, отсутствие электрического заряда, отсутствие сильного силового взаимодействия, даже четность. Даже пропорции путей распада совпали с предсказанными. Сотрудничество Atlas и CMS продолжает работу над исследованием Стандартной модели физики элементарных частиц, и в бюллетене от 25 октября 2019 г. | Индекс Концепции фундаментальных сил Кэрролл Atlas Experiment wiki | ||
| Назад |
сообщается о массе Хиггса 125,35 +/- 0,15 ГэВ. Большое внимание уделялось поиску и открытию бозона Хиггса, что служит подтверждением механизма Браута-Энглерта-Хиггса (БЭХ), посредством которого элементарные частицы приобретают массу. Теория предполагает, что пространство заполнено полем Хиггса, и предполагает, что элементарные частицы, такие как лептоны и кварки, получают свою массу за счет взаимодействия с полем Хиггса. Большая масса частицы означает, что она сильнее взаимодействует с полем Хиггса. Исследования Атласа отображают линейную зависимость массы частиц от силы взаимодействия с полем Хиггса. Существует много видов полей, таких как электрические поля и магнитные поля, и можно предположить, что на большом расстоянии от источников этих полей их значения будут приближаться к нулю. Но Кэрролл описывает поле Хиггса как «отклоняющееся от нуля». Все пространство рассматривается как пронизанное этим полем, которое имеет ненулевое значение. Кэрролл цитирует это значение поля основного состояния как 246 ГэВ. Это называется «математическим ожиданием вакуума» поля Хиггса. «Бозон Хиггса — частица, открытая на БАК — представляет собой вибрацию в этом поле около своего среднего значения». Поле Хиггса «заполняет пространство, нарушает симметрию, придает массу и индивидуальность другим частицам Стандартной модели». Идеи симметрии и нарушения симметрии в этом контексте нелегко объяснить. Поле Хиггса имеет решающее значение как источник базовой структуры материи, какой мы ее знаем. Такая материя состоит из атомов с крошечными ядрами, окруженными гораздо большими областями пространства, определяемыми электронами атомов. Обычная материя, включая элементы периодической таблицы, состоит всего из трех типов фермионов: электрона и верхних и нижних кварков. Они ответственны за большую разницу в масштабе между ядром и атомом. С точки зрения квантовой механики электрон можно рассматривать как волновой пакет, который приобретает свою относительно небольшую массу за счет взаимодействия с полем Хиггса. |
Это не означает, что составные частицы (адроны) получают всю свою массу за счет взаимодействия с полем Хиггса — основная масса адрона, как и протона, возникает за счет сильных силовых взаимодействий.
Для слабого взаимодействия у нас есть бозоны W + , W — и Z с утверждением, что сам бозон Хиггса является четвертым членом квартета бозонов. Говорят, что примерно через 10 90 220 -12 90 221 секунд после Большого взрыва произошло спонтанное нарушение симметрии из состояния, в котором все четыре тела были безмассовыми и двигались со скоростью света (т. е. симметричными). Взаимодействие с полем Хиггса придало им характерную массу и характер.