Бозон хиггса частица бога: одно из самых важных открытий в науке — Naked Science

Бозон Хиггса. Частица Бога поймана в рукотворном аду с помощью российских датчиков

Только что в Европейском центре ядерных исследований объявлено о том, что бозон со свойствами, которые предсказывал Питер Хиггс, обнаружен. Таким образом, 4 июля 2012 года человечество получило подтверждение: таинственный бозон Хиггса – частица, которой давно уже присвоили звание «частицы Бога», – существует.

Рассказать о том, что нельзя не то чтобы увидеть невооруженным взглядом, но даже представить себе, – немыслимо трудно. Здесь не обойтись без всяких аналогий и упрощений. И тем не менее, основную идею можно изложить так:

Если в химии есть своя система, которая называется Периодической и приоритет открытия которой принадлежит Д.И.Менделееву, то в ядерной физике есть своя Стандартная модель, которая описывает весь мир элементарных частиц и их взаимодействий, которых насчитывается три: электромагнитное, сильное и слабое.

Стандартная модель всем хороша, и многократно экспериментально подтверждена. Но одна заминка не давала покоя ученым: получалось, что у квантов слабого взаимодействия масса есть, а у квантов электромагнитного взаимодействия – нет. И вот, в 1964 году британец Питер Хиггс предположил существование особого поля, которое присутствует во всей Вселенной. Это поле не оказывает влияния на электромагнитные волны: свет, радио, гамма-излучение – поскольку никак не взаимодействует с ними. В свою очередь, другие частицы тормозятся в этом поле, причем при ускорении частиц его противодействие возрастает.

Данный процесс можно проиллюстрировать с помощью пенопластовых упаковочных «червячков». Если их рассыпать на гладком полу, и подуть из пылесоса, они легко разлетятся в разных направлениях. Но стоит вылить на пол воду – и характер их движения  изменится.

Элементарной частицей этого всепроникающего поля и должен быть этот самый бозон Хиггса. Если он найден, то это будет означать, что Стандартная модель, в общем, верна и из разряда теорий переходит в разряд законов природы. И никаких «странных Вселенных», параллельных миров и прочих удивительных вещей ожидать, в общем-то, не приходится. Но с другой стороны – именно благодаря ей Вселенная столь надежна, что позволяет в ней образоваться жизни, в том числе разумной.

Открытие бозона Хиггса – это одна из главных целей, ради которой строился грандиозный Большой адронный коллайдер (БАК, или по английски – LHC). Это не просто самая большая машина, созданная человеком, – гигантское кольцо длиной почти 27 км, с 9300 магнитами, омываемыми сначала 10 000 тонн жидкого азота, а затем и жидким гелием. БАК – это уникальный объект не только на Земле, но и в Солнечной системе, и в галактике. Воистину, человек создал то, чего нет в данный момент в нашей части Вселенной. В частности, внутренности коллайдера – это самое пустое место в нашей части галактики. Никакой космос не сравнится с этой пустотой: давление там в 10 раз меньше, чем давление воздуха на Луне, где, как известно, воздуха нет (точнее – почти нет).

Он же, с одной стороны – самое горячее место в Галактике: при столкновении пучков частиц генерируется температура в 100 000 раз больше, чем в середине Солнца, а это – сотни миллионов градусов. Что уж там какие-то чахлые атомные или водородные бомбы… Одно счастье, что эта температура реализуется в столь малом объеме, что и представить его невозможно. И при этом, чтобы регистрировать результаты этих микровзрывов детекторы коллайдера охлаждены до температуры минус 271,3 градуса Цельсия – такого холода нет в открытом космосе даже между звезд, и при такой температуре электрический ток, однажды запущенный в цепь, движется в ней бесконечно.

Россиянину, очевидно, будет интересно узнать, что во всех основных детекторах используются изделия, созданные российскими учеными более чем из десятка научно-исследовательских учреждений и производств.

Россияне изготавливают калориметры, трекинг-детекторы, изделия точной механики, тяжелые установки. По разным данным, непосредственно в проекте работает 700 российских специалистов, а объем заказов на изготовление деталей превышает $120 млн. Одних только датчиков-кристаллов завод «Северный кристалл» в кооперации с Курчатовским институтом в Апатитах сделал более 12 000 штук. По сути – это и есть «детекторы Бога», с помощью которых и ловят бозон Хиггса.

Читать полностью на slon.ru

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Найден бозон Хиггса — «частица Бога» ценой $10 млрд

  • Технологии

фото East News / AFP / ImageForum

Идеальный научный эксперимент, начавшийся с предсказаний на бумаге и потребовавший миллиардных инвестиций и столетия человеко-часов высококвалифицированного труда, завершен. Что дальше?

Представители Большого адронного коллайдера с большей легкостью съели бы свой галстук, чем признались, что открыли бозон Хиггса. Их заявления выглядели скромностью, переходящей в кокетство: «частица, которая по некоторым свойствам напоминает», «может быть», «конечно, мы не до конца уверены». Но сам Питер Хиггс, приглашенный на сегодняшний семинар БАК вместе с высокими функционерами Нобелевского комитета по физике, едва мог сдержать слезы. Ему самому уже за 80 лет, а его предсказанию, которое проверяла последние двадцать лет вся Европа, скоро исполнится пятьдесят.

Закончили чтение тут

Скромность ученых вполне объяснима; они вообще гораздо требовательнее по отношению к себе и своим заключениям, чем это принято в обществе. Но справедливости ради, они сами много поставили на кон: в глазах налогоплательщиков открытие несчастного бозона было единственным raison d’être самого дорогого эксперимента в истории науки.

В некотором смысле в Женеве завершился идеальный научный эксперимент. Так и должна, кажется, работать наука. Сначала предсказать что-то на листке бумаги, потом потратить миллиарды долларов и столетия человеко-часов высококвалифицированного труда (бывает ли на Земле труд более квалифицированный, чем ядерная физика?) и найти искомый объект. Желательно, чтобы открытие устанавливало последний камень в фундамент нашей картины мира — например, объясняло, что такое масса. Не помешает также, чтобы об открытии было объявлено в праздничный день в середине лета, единственное время в году, когда наука и может претендовать на полноценное внимание публики.

Пиар-сопровождение проекта могло бы само по себе войти в учебники. Не имея физической возможности доходчиво объяснить людям, в чем на самом деле состоит смысл их многолетней работы, ученые создали — сознательно или нет — популярного персонажа под названием бозон Хиггса. Как и положено главному герою, он был одновременно и желанен, и опасен. Его искал весь мир — и до последнего момента не переставал опасаться, что ищет свою погибель. Добродушный здравый смысл исследователей уже не мог ничего сделать с первобытным страхом: многие ли налогоплательщики разбираются в физике элементарных частиц.

Поиск бозона обошелся в сумму порядка $10 млрд. Это вроде бы немного — примерно столько будет потрачено в 2012 году на науку в России (на фундаментальную науку еще меньше). Тем более что финансировали БАК всем миром в течение многих лет; большинству спонсоров Европейской организации ядерных исследований (CERN) приходилось расставаться с десятками миллионов в год.

Вопрос о том, стоит ли тратить миллиарды на фундаментальную науку и что она может «дать обществу взамен», проклятый. Владимир Путин, например, если верить его выступлениям, ценит только исследования, имеющие прикладное значение. Его оппоненты повторяют, что без фундаментальной науки была бы невозможна никакая технологическая модернизация. Тут сотрудники CERN имеют серьезный аргумент в свою пользу и не упускают возможности о нем напомнить: именно в их организации был создан интернет, самое полезное изобретение последних десятилетий. Так что и в этом смысле поиск бозона можно считать образцово-показательным экспериментом.

Теперь, вооружившись бозоном Хиггса, ученые могли бы пойти и напомнить про фундаментальную науку и интернет не только налогоплательщикам, но и тем, кто на нем зарабатывает. Не бить на жалость, а сделать value proposition — им есть что дать технологическим компаниям в обмен на финансирование, ничтожное по меркам технологических рынков. Не кусочек маркетинга, а славу в веках.

Бюджет БАК за десятилетия примерно равен выручке крупнейших компаний Кремниевой долины (HP, Apple или AT&T) за один месяц, и сопоставим со средствами, которые один Google тратит за год на R&D. Каждая из этих компаний могла бы построить собственный коллайдер, а в складчину они могли бы стать одним из главных спонсоров дорогостоящей фундаментальной науки, избавив ученых от необходимости унижаться перед налогоплательщиками. В конце концов, если за пределами университетов и есть люди, понимающие в современной космогонии, то они работают как раз в окрестностях Сан-Франциско.

Когда-то одним из главных научных центров в мире были лаборатории Белла. Bell Company расчленили на части и позабыли, но вклад фирмы в развитие мировой науки будут помнить еще очень долго. Правопреемники компании из AT&T — и их многочисленные партнеры и конкуренты — не могут этого не знать.

Вопрос о том, существует ли бозон Хиггса, кажется, закрыт. Но не менее фундаментальный вопрос — как финансировать науку — еще далек от разрешения.

  • Андрей Бабицкий

    Автор

#БАД
#бозон Хиггса
#большой адронный коллайдер
#ученые

Рассылка Forbes

Самое важное о финансах, инвестициях, бизнесе и технологиях

Спасла ли гравитация Вселенную от «частицы Бога» бозона Хиггса?

Вид звездного питомника IC 2944 с Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили. Новое исследование европейских ученых предполагает, что гравитация сыграла роль в спасении молодой Вселенной от коллапса, вызванного бозоном Хиггса.
(Изображение предоставлено ESO)

Недавно обнаруженный бозон Хиггса, который придает частицам их массу, мог разрушить космос вскоре после его рождения, вызвав коллапс Вселенной сразу после Большого взрыва. Но гравитация, сила, которая удерживает планеты и звезды вместе, могла предотвратить это, говорят ученые.

В 2012 году ученые подтвердили обнаружение долгожданного бозона Хиггса, также известного под прозвищем «частица Бога», на Большом адронном коллайдере (БАК), самом мощном ускорителе частиц на планете. Эта частица помогает придать массу всем элементарным частицам, имеющим массу, таким как электроны и протоны. Элементарные частицы, не имеющие массы, такие как фотоны, из которых состоит свет, не получают массу от бозона Хиггса.

Эксперименты по обнаружению бозона Хиггса показали, что его масса составляет 125 миллиардов электрон-вольт, что более чем в 130 раз превышает массу протона. Однако это открытие привело к загадке — при такой массе бозон Хиггса должен был уничтожить Вселенную сразу после Большого взрыва. [От Большого взрыва до сегодняшнего дня — 10 простых шагов]

Это происходит потому, что частицы бозона Хиггса притягиваются друг к другу при высоких энергиях. Чтобы это произошло, энергии должны быть чрезвычайно высокими, «по крайней мере, в миллион раз выше, чем может достичь БАК», — сказал Space.com соавтор исследования Артту Раджанти, физик-теоретик из Имперского колледжа Лондона.

Однако сразу после Большого взрыва было достаточно энергии, чтобы заставить бозоны Хиггса притягиваться друг к другу. Это могло привести к тому, что ранняя Вселенная сжалась, а не расширилась, что погасило ее вскоре после рождения.

«Стандартная модель физики элементарных частиц, которую ученые используют для объяснения элементарных частиц и их взаимодействий, до сих пор не дала ответа на вопрос, почему Вселенная не разрушилась после Большого взрыва», — говорится в заявлении Раджанти.

Ряд ученых предположили, что новые законы физики или еще не открытые частицы могли стабилизировать Вселенную от опасности, исходящей от бозона Хиггса. Теперь Раджанти и его коллеги обнаружили, что вместо этого эту загадку может решить гравитация.

Гравитация является следствием того, что массы искажают ткань пространства и времени. Чтобы представить это, подумайте о том, как шары для боулинга деформируют резиновые коврики, на которых они сидят.

Ранняя Вселенная была очень плотной, потому что у нее еще не было возможности значительно расшириться. Это означало, что тогда пространство-время было сильно искривлено.

Расчеты исследователей показали, что когда пространство-время сильно искривлено, масса бозона Хиггса увеличивается. Это также увеличило бы количество энергии, необходимой для того, чтобы заставить бозоны Хиггса притягиваться друг к другу, предотвращая любую нестабильность, которая могла привести к коллапсу ранней Вселенной.

Теперь, когда Раджанти и его коллеги обнаружили, что взаимодействие между гравитацией и бозоном Хиггса играло важную роль в ранней Вселенной, они хотят больше узнать о силе этого взаимодействия. По словам Раджанти, это может включать изучение того, как развивалась ранняя Вселенная с использованием данных текущих и будущих миссий Европейского космического агентства, целью которых является измерение космического микроволнового фонового излучения, которое представляет собой эхо, оставшееся от Большого взрыва. По его словам, это может также включать изучение гравитационных волн, которые представляют собой невидимую рябь в ткани пространства-времени, испускаемую ускоряющимися массами.

Исследование подробно описано в выпуске журнала Physical Review Letters от 17 ноября.

Подписывайтесь на нас   @Spacedotcom ,   Facebook  и   Google+ . Оригинальная статья о   Space.com .

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space. com.

Чарльз К. Чой — автор статей для Space.com и Live Science. Он охватывает все, что связано с человеческим происхождением и астрономией, а также физику, животных и общие научные темы. Чарльз имеет степень магистра гуманитарных наук Университета Миссури-Колумбия, Школу журналистики и степень бакалавра гуманитарных наук Университета Южной Флориды. Чарльз побывал на всех континентах Земли, пил прогорклый чай с маслом яка в Лхасе, плавал с морскими львами на Галапагосских островах и даже взбирался на айсберг в Антарктиде. Посетите его на http://www.sciwriter.us

человек за частицей Бога

Питер Хиггс: человек за частицей Бога

Скачать PDF

  • ОБЗОР КНИГИ

Пристальный взгляд друга на физика-затворника и его сообщество.

  • Роберт П. Криз 0

  1. Роберт П. Криз

    1. Роберт П. Криз — заведующий кафедрой философии Университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке. Его следующая книга « Утечка » с Питером Бондом выйдет в октябре.

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed
    Google ученый

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

Скачать PDF

Скачать PDF

Питер Хиггс предсказал бозон, который завершил стандартную модель физики элементарных частиц. Предоставлено: Питер Макдиармид/Getty

Неуловимые: как Питер Хиггс разгадал тайну массы Фрэнк Клоуз Basic (2022).

Питер Хиггс — не самая простая тема для биографа. 93-летний британский физик-теоретик, получивший половину Нобелевской премии в 2013 году, известен застенчивостью, недосягаемостью по электронной почте и мобильному телефону, самоуничижением и отвращением к центру внимания. Вдобавок ко всему, физик Фрэнк Клоуз взял на себя задачу составить его профиль во время COVID-19.пандемия, которая разрушила планы Клоуза копаться в архивах и широко консультироваться с Хиггсом.

Но нельзя не сказать, что автор является близким другом Хиггса и часто разговаривал с ним по стационарному телефону. Неуловимый — название, которое намекает как на человека, так и на субатомную частицу, которую он предсказал, — в конечном итоге превратилось в свежую, но информативную книгу, которая переплетает историю жизни Хиггса с историей строительства великого теоретического здания, известного как стандартная модель. физики элементарных частиц. В 1964, Хиггс внес решающий вклад в эту модель, теоретизировав существование частицы — позже известной как бозон Хиггса — которая наполняет все другие частицы массой. Хиггс был триумфально обнаружен на Большом адронном коллайдере (БАК) недалеко от Женевы, Швейцария, в 2012 году. Внимание Клоуза к Хиггсу отличает эту книгу от книги научного писателя Джима Бэггота 2012 года Хиггс , которая больше посвящена науке и только запасным частям. несколько страниц для самого человека.

Бозону Хиггса исполняется десять лет

Клоуз дает краткий отчет о наставниках Хиггса, его интересах и эпизоде ​​депрессии, который отстранил его от физики. Мы узнаем о факторах, которые сформировали карьеру Хиггса — его раннее образование в Бристоле, Великобритания, и степень в Королевском колледже Лондона, вдохновляющие фигуры (физики Чарльз Коулсон и Поль Дирак) и роль политической деятельности, например, его членство в Кампании за ядерную энергетику. Разоружение, создание сети контактов. Эти влияния усилили его интерес к квантовой теории поля, что в конечном итоге заставило его столкнуться с самой сложной загадкой, с которой тогда столкнулась дисциплина: почему существует масса?

Неуловимый Параллельно личной истории Хиггса набросок многочисленных частей, которые вошли в архитектуру стандартной модели: теоретическая основа, обеспечиваемая квантовой теорией поля, решения многочисленных проблем в структуре модели, плюс все частицы и области, охватываемые теорией. Но отсутствовал ключевой элемент — способ объяснить, как фундаментальные частицы могут иметь массу и почему они имеют именно такую ​​массу.

Отсутствует деталь

Прорывная идея заключалась в том, что тип частиц, называемый бозоном, может решить проблему, которая блокирует попытки объяснить массу. Клоуз хорошо справляется со сложной и потенциально спорной проблемой пяти других физиков-теоретиков, независимо друг от друга выдвинувших ту же концепцию примерно в то же время. Он цитирует других, которые утверждают, что из-за всех событий, приведших к этому открытию, Хиггс на самом деле был «довольно второстепенным игроком» или что его роль была делом везения. Но Клоуз оправдывает то, что имя Хиггса связано с частицей, потому что он предсказал существование бозона и предложил способ его идентификации.

Некоторые детали очаровательны. Небрежное замечание Хиггса во время ужина на Эдинбургской Королевской Миле было подхвачено журналистом. Это касалось скептической реакции Стивена Хокинга на работу Хиггса и было должным образом напечатано на первых полосах газет, чтобы намекнуть, что Хиггс предпринял «глубоко личную атаку» на гения, который пользовался инвалидной коляской, что привело к ненужной напряженности между двумя физиками. Другие интересные подробности включают тщательно продуманные планы Хиггса спрятаться в тот день в 2013 году, когда должно было быть объявлено решение о вручении Нобелевской премии.

Как бозон получил имя Хиггса

Клоуз обладает поразительной способностью воплощать сложные идеи в доступные метафоры. Фермионы и бозоны сравниваются с кукушками и пингвинами (первые не могут гнездиться вместе, вторые живут группами), калибровочная инвариантность уподобляется воздушному путешествию (время, необходимое для путешествия, не зависит от часового пояса, в котором началось путешествие). , бозоны в ядре медведям в пещере. Иногда метафоры появляются слишком быстро — в одном абзаце Клоуз сравнивает исследовательскую библиографию Хиггса с бейсбольным счетом («три попадания, три пробежки, без ошибок»), а также с произведениями композиторов («Сальери обладал гораздо большим творчеством, чем Моцарт». , но кому до него есть дело?»).

Читатель учится ждать следующей чрезмерной метафоры, и через некоторое время они становятся утомительными — Хиггс как альпинист Эвереста, Хиггс как Банко в шекспировском Макбет , Хиггс как «акушерка революции» . Этот последний троп совершенно ложный. Стандартная модель существовала почти за полвека до открытия БАК; было очевидно, что модель зависит от решения проблемы массы; и теоретики добились значительных успехов в течение многих лет. Хиггс был больше похож на человека, который спроектировал долгожданный предмет, чтобы скрепить общинный дом собраний.

Чрезмерное упрощение Клоуза может смущать, когда дело доходит до социальных причин, например, когда он пишет о Хиггсе во время визита в Соединенные Штаты в 1960-х годах, когда он обнаружил, что это не «нация молока и меда», потому что у нее было «много бедность». Когда поезд Хиггса в Вашингтон, округ Колумбия, заблокирован снегом, неприятно читать, как Клоуз упоминает дополнительный факт — пусть и с благими намерениями — что метель «убила большое количество чернокожих американцев, живущих в деревянных лачугах».

Задняя крышка Неуловимый заявляет, что книга «изменит наше понимание современной физики». Что могло оправдать такое экстравагантное заявление? Определенно не описания науки; ученые и научные писатели объясняют, что сделал Хиггс, с тех пор как он получил свою Нобелевскую премию девять лет назад. Главный интерес книги заключается в том, что она показывает — иногда слишком болтливо — о физиках.