Что такое бозон хиггса простыми словами: Бозон Хиггса простым языком – Статьи на сайте Четыре глаза

Бозон Хиггса простыми словами

Впервые о существовании этой элементарной частицы заговорил физик Питер Хиггс, предсказавший ее открытие еще в 1964 году. Когда в 2012 году его существование подтвердили физики с помощью Большого адронного коллайдера (БАК), это стало значительным достижением в мире науки. Его открытие позволило ученым приблизиться к пониманию устройства вселенной, расширить представление о стандартной модели ее устройства и вместе с тем прибавило больше вопросов. 

Что такое бозон Хиггса?

Питер Хиггс полагал, что элементарные частицы, из которых состоит материальный мир, получают массу, находясь внутри электромагнитного поля, невидимого для глаза. Одни частицы могут пройти через него, например, фотон, и их масса не изменится. Другие же слегка задерживаются, что позволяет им накапливать массу. Согласно гипотезе Хиггса, с полем связывается частица, необходимая для коррекции и настраивания процессов взаимовлияния. Впоследствии это открытие и было названо именем Питера Хиггса. Именно эта элементарная частица контролировала взаимодействие поля и других частиц. 

Место бозона Хиггса в физической картине мира

Большая часть представлений о физических процессах укладывается в стандартную модель (СМ) — теоретическую конструкцию, описывающую взаимодействие элементарных частиц. Существуют четыре типа взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Последнее не подлежит рассмотрению в рамках стандартной модели, так как она не описывает природу гравитации, темной материи и темной энергии. В остальном же, это понятие считается границей, достоверно отделяющим уже известные, подтвержденные знания от гипотетически возможных событий в мире элементарных частиц.

Согласно СМ, вселенная состоит из 12 фундаментальных частиц, 11 из них были ранее известны. При этом 12 частица, тот самый бозон Хиггса, долгое время не могла быть обнаружена без создания специальных условий. Ее роль состоит в том, чтобы придавать другим элементарным частицам массу для ограничения их скорости.

Их взаимодействие позволяет применять такие единицы обозначения как скорость, масса, ускорение, и это наделяет элементарные частицы функцией переносчиков. Однако до совершения открытия частицы, переносящие взаимодействия, опознавали как не обладающие собственной массой. Это можно представить в виде примера. Так, если бы частицы были бильярдными шарами, лежащими на столе, они могли свободно перемещаться по гладкой поверхности и двигаться без препятствий. Бозон Хиггса в этом примере играет роль сукна, передвижение по которому дает шарами массу и задерживает их перемещение.   

Сложность проведения эксперимента

Сложность открытия бозона Хиггса была связана с моментом распада на более стабильные частицы. Для экспериментов ученые использовали Большой адронный коллайдер, где брали два протона и сталкивали их между собой на околосветовой скорости. Протоны разваливались на составляющие, образующие вторичные частицы, среди которых и велись поиски бозона Хиггса. Наблюдать это значительно сложнее, чем в случае других элементарных частиц из-за того, что процесс длится только одну септиллионную секунды. В это мгновение происходят триллионы других столкновений, что мешало ученым обнаружить среди них бозон Хиггса. Определить его присутствие можно было только по остаточным «продуктам распада». 

Из-за того что ученым было не до конца понятно, что именно они ищут, работа напоминала поиски вслепую. Это связано с тем, что бозон Хиггса мог распадаться на разные сочетания частиц. Одни из них нельзя точно зафиксировать с помощью детекторов, несмотря на мощность БАК, другие сложно отличить от процесса распада прочих частиц. Очевиднее всего фиксация бозона Хиггса происходила при его превращении в четыре лептона. Но вероятность такого распада составляла 0,013%. Несмотря на это, полгода ежедневной работы позволили зафиксировать пять случаев описанного типа взаимодействия.

Как отличить распад бозона Хиггса от других?

Чтобы понять, связан ли наблюдаемый процесс с бозоном Хиггса, ученым приходилось делать некоторые вычисления. Рассмотрим это на примере двух фотонов, которые также являются одним из наиболее образцовых примеров распада. Есть много других примеров, в результате которых могут образоваться два фотона. Если их появление связано с распадом какой-то частицы, то их изучение позволяет вычислить ее массу. Чтобы это сделать, необходимо посчитать энергию двух фотонов в системе отсчета, когда они имеют одинаковую энергию и двигаются в разных направлениях — в системе центра масс. 

Если фотоны связаны с бозоном Хиггса, их инвариантная масса будет полностью равна массе бозона. Такое же правило характерно и в случаях, когда он распадается на четыре частицы. 

Значение открытия

Обнаружение бозона Хиггса стало доказательством того, что разработанная стандартная модель является хорошей основой, в которой сконцентрированы все представления ученых о природе происхождения вселенной. Предсказанное появление этой частицы дало понять, что основное направление развития выбрано верно, а это в свою очередь уменьшает число гипотетических предположений о микро и макромире, которые требуют опровержения или подтверждения.  

Новый бозон еще нуждается в изучении свойств, однако уже сегодня рассматривается возможность его применения для объяснения событий, происходящих на раннем этапе зарождения вселенной. Кроме того, частица может помочь при изучении феномена темной энергии — поля еще боле неуловимого, чем бозон Хиггса. 

В любом случае, изучение открытой частицы еще продолжается, а технологии для этого все более и более совершенствуются. Так, в 2030 в Китае планируют создать ускоритель частиц нового поколения, обладающий невероятной мощностью. Это поможет ставить новые эксперименты на более высоких энергиях, позволяющих глубже проникать в структуру вещей, чтобы лучше понимать процессы, составляющие нашу реальность.

Добавить комментарий

Бозон Хиггса — что такое частица Бога простыми словами?

Бозон Хиггса – это элементарная частица, которая была предсказана теоретически еще в 1964 году. Элементарный бозон, возникающий вследствие механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии.

Разберемся подробнее и постарается ответить простыми словами, что же представляет собой бозон Хиггса и что такое Поле Хиггса? Почему бозон Хиггса называют «частицей Бога» и почему это открытие так важно для науки?

Навигация по материалу:

  • 1 «Стандартная модель» устройства вселенной
  • 2 Что такое бозоны и элементарные частицы?
    • 2.1 Теория 1964-го года
    • 2.2 Какова масса бозона?
  • 3 Открытие бозона Хиггса в Большом Адронном Коллайдере (БАК)
    • 3.1 Вселенная колеблется на грани стабильности?
    • 3.2 Польза которую несет открытие бозона Хиггса
    • 3.3 Угроза эксперементов с бозоном Хиггса (рекомендуем ознакомиться!)
  • 4 Известные свойства бозона Хиггса
  • 5 Исследования продолжаются

«Стандартная модель» устройства вселенной

Для того, чтобы понять, что такое бозон Хиггса, нам придется обратиться к одной из самых известных теорий, описывающих то, как работает космос: Стандартной модели.

Эта модель пришла к нам в виде физических частиц, полей, которое физики постепенно заполняли строительными блоками по мере исследования Вселенной. Это происходило на протяжении веков и люди достигли существенного прогресса. Сначала мы обнаружили атомы, потом протоны, нейтроны и электроны, и наконец — кварки и лептоны (о них подробнее позже).

Да, можно смести все эти фигуры с доски и сдаться квантовой механике, но физики упорно держатся за Стандартную модель, многие из них ее уже ненавидят и хотят опровержения, которое позволит найти более удобную и красивую теорию о том, как построен мир элементарных частиц. Но пока безуспешно, и открытие бозона Хиггса еще более оттянуло тщательный пересмотр СМ.

Как говорится, ежики плакали и кололись, но продолжали есть кактус. В конце концов, Стандартная модель дает нам глубокое представление о типах материи и сил, более глубокое, чем любая другая физическая теория.

Стандартная модель была разработана в 1970-х годах. Вот вся суть СМ в нескольких предложениях: наша вселенная состоит из 12 различных частиц материи и четырех сил. Среди этих 12 частиц есть шесть кварков и шесть лептонов. Кварки образуют протоны и нейтроны, а члены семьи лептонов включают электрон и электронное нейтрино — его нейтрально заряженный антагонист.

Ученые полагают, что лептоны и кварки являются неделимыми: их нельзя разбить на более мелкие частицы. Наряду с этими частицами, Стандартная модель описывает четыре фундаментальных силы: гравитацию, электромагнитое, сильное и слабое взаимодействие.

Как теория, Стандартная модель работает хорошо, несмотря на ее неспособность вписаться в гравитацию. Благодаря этому, физики предсказали существование определенных частиц до того, как те были обнаружены экспериментально. И вот, на горизонте появился бозон Хиггса. Давайте выясним, как эта частица вписывается в Стандартную модель и Вселенную в целом.

Что такое бозоны и элементарные частицы?

Бозоны — это частицы, которые переносят взаимодействие между другими частицами, таким образом, любое притяжение или отталкивание между частицами происходит за счёт того, что они обмениваются бозонами.

Бозон Хиггса был последней частицей открытой в Стандартной Модели. Это критический компонент теории. Его открытие помогло подтвердить механизм того, как фундаментальные частицы приобретают массу. Эти фундаментальные частицы в Стандартной Модели являются кварками, лептонами и частицами-переносчиками силы.

Существует несколько разновидностей бозонов. Так к примеру широко известный фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия, глюон — сильного взаимодействия, а W- и Z-бозоны — слабого взаимодействия.

Согласно современным представлениям бозоны не должны иметь инертной массы, однако, W- и Z-бозоны ею обладают. Для объяснения этого явления британский физик Питер Хиггс постулировал существование некоего поля, получившего впоследствии его имя, из-за взаимодействия с которым W- и Z-бозоны приобретают инертную массу.

Это можно сравнить с пенопластовыми шариками, рассыпанными на поверхности стола, достаточно лёгкого дуновения ветра и их сметёт, а вот если рассыпать их на поверхность воды, то их движение будет замедленно, для W- и Z-бозонов роль воды выполняет поле Хиггса.

Квантами этого поля являются бозоны Хиггса, причём их может быть несколько видов и именно через них происходит взаимодействие поля с W- и Z- бозонами. На основе этого предположения были разработаны различные модели, описывающий этот бозон, но ни одна из них не могла предсказать его энергию.

В связи с этим поиски бозона Хиггса очень затянулись, учёным пришлось буквально перебирать все возможные варианты. Параллельно развивались модели без бозона Хиггса и между сторонниками двух подходов шли жаркие споры. Наконец в 2012 году на Большом Адронном Коллайдере был обнаружен первый кандидат в бозоны Хиггса с энергией 126 ГэВ, а в 2013 появились сообщения подтверждающие, что это действительно бозон Хиггса.

В 2015 году было заявлено о свидетельствах существования ещё двух видов бозона Хиггса с энергиями в 700 ГэВ и в районе 250-450 ГэВ. Американский физик Леон Макс Ледерман в своей книге назвал бозон Хиггса «goddamn particle» — проклятая или чёртова частица, но редактору это название не понравилось и в окончательной версии книги бозон Хиггса назвали «частицей Бога», и это название закрепилось за ним в массовом сознании.

Теория 1964-го года

В 1964 году шестеро физиков-теоретиков выдвинули гипотезу существования нового поля (подобно электромагнитному), которым заполнено все пространство и решает критическую проблему в нашем понимании вселенной.

Независимо от этого другие физики построили теорию фундаментальных частиц, названную в итоге «Стандартной Моделью», которая обеспечивала феноменальную точность (экспериментальная точность некоторых частей Стандартной Модели достигает 1 к 10 миллиардам. Это равнозначно предсказанию расстояния между Нью-Йорком и Сан-Франциско с точностью около 0.4 мм). Эти усилия оказались тесно взаимосвязаны.

Стандартная Модель нуждалась в механизме приобретения частицами массы. Полевую теорию разработали Питер Хиггс, Роберт Браут, Франсуа Энглер, Джералд Гуралник, Карл Хаген и Томас Киббл.

Какова масса бозона?

К несчастью, теория, предсказывающая бозон, не уточняла его массу. Прошли годы, пока не стало ясно, что бозон Хиггса должен быть экстремально тяжелым и, скорее всего, за пределами досягаемости для установок, построенных до Большого Адронного Коллайдера (БАК).

Помните, что согласно E=mc2, чем больше масса частицы, тем больше энергии надо для ее создания.

В то время, когда БАК начал сбор данных в 2010, эксперименты на других ускорителях показали, что масса бозона Хиггса должна быть больше, чем 115 ГэВ/с2. В ходе опытов на БАК планировалось искать доказательства бозона в интервале масс 115-600 ГэВ/с2 или даже выше, чем 1000 ГэВ/с2.

Каждый год экспериментально удавалось исключать бозоны с бОльшими массами. В 1990 было известно, что искомая масса должна быть больше 25 ГэВ/с2, а в 2003 выяснилось, что больше 115 ГэВ/с2.

Открытие бозона Хиггса в Большом Адронном Коллайдере (БАК)

Есть общепринятая теория того, как устроен мир на мельчайших масштабах и она называется — Стандартная Модель. Согласно этой модели, в нашем мире есть несколько совершенно разных типов вещества, которые регулярно взаимодействуют между собой.

Рассуждая о взаимодействиях, весьма удобно применять такие параметры, как масса, скорость и ускорение, что позволяет называть элементарные частицы чем-то вроде «частиц-переносчиков». Всего выделяют в данной модели 12 таких разновидностей.

11 из 12 частиц Стандартной модели наблюдались ранее. 12-ая частица — бозон, соответствующий полю Хиггса, придает многим остальным частицам массу, ограничивая их скорости движения. С некоторыми же частицами поле Хиггса не взаимодействует вовсе. Например, не оказывает влияния на фотоны и их масса равна нулю.

Теоретически бозон Хиггса предсказали в далеком 1964 году, но вот доказать его существование экспериментально смогли лишь в 2012 году. Все эти годы бозон искали не покладая рук!

До того, как заработал БАК, в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) был электрон-позитронный коллайдер, в Иллинойсе был Теватрон, но этих мощностей было недостаточно, чтобы провести необходимые эксперименты. Хотя, эксперименты все же давали определенные результаты.

Бозон Хиггса — тяжелая частица и обнаружить его крайне непросто. Суть эксперимента очень проста, но вот реализация с последующей интерпретацией результатов — настоящая проблема.

Итак, берут два протона и разгоняются до околосветовой скорости. В какой-то момент времени их сталкивают «лоб в лоб». Протоны «в шоке» от такого удара начинают рассыпаться на вторичные частицы. В ходе этого процесса и пытались зафиксировать бозон Хиггса.

Усложняет эксперимент тот факт, что существование бозона можно подтвердить лишь косвенно. Период существования бозон Хиггса критически мал, как и расстояние между точками возникновения и исчезновения. Измерить этот промежуток времени и расстояние — невозможно, но! Бозон Хиггса не исчезает бесследно и его кратковременное пребывание доказывается за счет «продуктов распада».

Это все равно, что искать иглу в стоге сена. Нет, в огромном стоге сена. Нет, в тысячах огромных стогов сена! Дело в том, что бозон Хиггса распадается с разной вероятностью на разные комбинации частиц. Например, это могут быть кварк-антикварк, W-бозоны или вообще тау-частицы.

В некоторых случаях распад трудно отличить от распада других частиц, в других случаях вообще не успевают фиксировать происходящее. Как стало известно, детекторы лучше всего фиксируют превращение бозона Хиггса в 4 лептона (фундаментальные частицы), но вероятность такого события составляет лишь 0,013%.

Полгода экспериментов на БАК и миллионы столкновений за одну секунду дали необходимый результат. Ученые зафиксировали те самые 4 лептона (целых пять раз).

Зафиксировать это позволили гигантские детекторы ATLAS и CMS, которые выявили частицу с энергией 125ГэВ (единица измерения в квантовой физике). Именно этот показатель соответствовал теоретическому предсказанию бозона Хиггса.

Вселенная колеблется на грани стабильности?

Спустя несколько месяцев после объявления об открытии физики сообщили о неожиданной находке. Бозон, который они наблюдали в ЦЕРН, похоже, распадался двумя разными способами.

  • В одном из сценариев частица массой 126,6 ГэВ распадалась на два фотона.
  • В другом случае частица массой 123,5 ГэВ распадалась на четыре лептона.

Некоторые посчитали, что это две разные частицы Хиггса. Другие же решили, что это статистическое совпадение, так как разница между частицами слишком незначительна.

Итак, почему масса частицы имеет значение? Оказывается, передача такой большой массы бозоном Хиггса указывает на то, что вакуум Вселенной может быть нестабилен по своей природе, существуя в постоянном «метастабильном» состоянии.

Многие физики обсуждали вероятность того, что Вселенная долгое время колеблется на грани стабильности. В частности, физики Фрэнк Вильчек и Майкл Тернер, опубликовавшие в 1982 году статью в журнале Nature, предположили неутешительный сценарий: где-нибудь во Вселенной без какого-либо предупреждения может зародиться пузырь истинного вакуума, который будет передвигаться через пространство на скорости света, но прежде чем мы осознаем, что происходит, наши фотоны распадутся.  

Как бы то ни было, открытие бозона Хиггса положило начало новым исследованиям и иному пониманию реальности. Ученые надеются, что это открытие приведет к разработке симметричной или даже суперсимметричной теории, которая расширит Стандартную модель и закроет присутствующие в ней дыры. Это, в свою очередь, поможет выяснить, что же такое темная материя — поле, которое, похоже, более неуловимо, чем поле Хиггса.

Польза которую несет открытие бозона Хиггса

Человеку, далекому от науки вообще и от физики в частности поиски некой элементарной частицы могут показаться бессмысленными, но открытие бозона Хиггса имеет немалое значение для науки. Прежде всего, наши знания о бозоне помогут при расчетах, которые осуществляются в теоретической физике при изучении строения Вселенной.

В частности, физиками было предположено, что бозонами Хиггса заполнено все окружающее нас пространство. При взаимодействии с другими элементарными частицами бозоны сообщают им свою массу и если есть возможность вычислить массу определенных элементарных частиц, то можно рассчитать и массу бозона Хиггса. А если у нас есть масса бозона Хиггса, то с ее помощью идя в обратную сторону, мы также можем рассчитывать массы других элементарных частиц.

Разумеется, все это очень дилетантские рассуждения с точки зрения академической физики, но ведь и журнал наш на то и научно-популярный, чтобы говорить о серьезных научным материях простым и понятным языком.

Угроза эксперементов с бозоном Хиггса (рекомендуем ознакомиться!)

Определения опасения по поводу бозона Хиггса и экспериментов с ним были высказаны британским ученым Стивеном Хокингом.

Согласно Хокингу, бозон Хиггса является крайне не стабильной элементарной частичкой и в результате определенного стечения обстоятельств может привести к распаду вакуума и полному исчезновению таких понятий как пространство и время. Но теоретически, для того, чтобы произошло нечто подобно необходимо построить коллайдер размером со всю нашу планету.

Рекомендуем посмотреть это видео о работе Большого Адронного Коллайдера в ЦЕРНе:

Известные свойства бозона Хиггса

  • Бозон Хиггса, как впрочем и другие элементарные частицы подвержен воздействию гравитации.
  • Бозон Хиггса обладает нулевым спином (моментом импульса элементарных частиц).
  • Бозон Хиггса обладает электрическим и цветным зарядом.
  • Есть 4 основных канала рождения бозона Хиггса: после слияния 2 глюонов (основной), слияние WW- или ZZ-пар, в сопровождении W- или Z-бозона, вместе с топ-кварками.
  • Бозон Хиггса распадается на пару b-кварк-b-антикварк, на 2 фотона, на две пары электрон-позитрон и/или мюон-антимюон или на пару электрон-позитрон и/или мюон-антимюон с парой нейтрино.

Исследования продолжаются

Открытие бозона Хиггса можно смело назвать одним из самых важных открытий в нашей недолгой истории. Когда-то давно любознательность наших предков вывела их из Африки и побудила исследовать мир. Сегодня мы знаем о четырех фундаментальных взаимодействиях природы, которые помогают нам понять, как устроен мир в тончайших деталях.  

Исследования продолжаются, и ученые, работающие на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе и других ускорителях частиц, достигают все больших энергий — и даже добились создания капель кварк-глюонной плазмы (сегодня она считается первичным веществом, которым было заполнено все пространство сразу после Большого взрыва).

К 2030 году в Китае планируют построить самый большой и мощный ускоритель частиц, который поможет проводить новые эксперименты на более высоких энергиях. Будем надеяться, что он поможет заглянуть глубже в саму структуру реальности. А пока нам остается только ждать и следить за результатами экспериментов.

Самые последние новости криптовалютного рынка и майнинга:

The following two tabs change content below.

  • Автор материала
  • Последние новости мира криптовалют

Материал подготовлен редакцией сайта «Майнинг Криптовалюты», в составе: Главный редактор — Антон Сизов, Журналисты — Игорь Лосев, Виталий Воронов, Дмитрий Марков, Елена Карпина. Мы предоставляем самую актуальную информацию о рынке криптовалют, майнинге и технологии блокчейн.
Отказ от ответственности: все материалы на сайте Mining-Cryptocurrency.ru имеют исключительно информативные цели и не являются торговой рекомендацией или публичной офертой к покупке каких-либо криптовалют или осуществлению любых иных инвестиций и финансовых операций.

IT технологии

Что такое бозон Хиггса? Объяснение для остальных из нас

Карен Каплан

Если вы слышали новости о Нобелевской премии по физике, вы, возможно, задаетесь вопросом: что такое все-таки бозон Хиггса?

Если вы что-то знаете о бозоне Хиггса, так это то, что его называют «частицей Бога». Леон Ледерман, получивший Нобелевскую премию в 1988 году за открытие пары других субатомных частиц, ввел этот термин в 1919 году.93, потому что бозон Хиггса было так трудно определить. Как сообщила Эрин Браун, Ледерман действительно хотел назвать это «чёртовой частицей».

Но на самом деле это не ответ на вопрос. Бозон Хиггса — это частица, связанная с полем Хиггса, энергетическим полем, которое передает массу вещам, которые проходят через него. Еще в 1964 году Питер Хиггс и Франсуа Энглер предположили, что именно так вещи во Вселенной — звезды, планеты и даже люди — приобретают массу.

Это может быть трудно усвоить, если вы совершенно не знакомы с физикой элементарных частиц. Итак, давайте обратимся к Яну Сэмплу, написавшему книгу о бозоне Хиггса под названием «Массив: охота за частицей Бога». В этом видео от Guardian Сэмпл использует поднос столовой, коричневый сахар и разноцветные шарики для пинг-понга, чтобы объяснить, что произошло, когда поле Хиггса «включилось» примерно через триллионную долю секунды после Большого взрыва, и как это привело к увеличению массы. к частицам.

Это была великолепная теория, ставшая краеугольным камнем Стандартной модели физики элементарных частиц. Но могли ли физики провести эксперимент, чтобы подтвердить теорию?

Вот где на помощь приходят ускорители частиц. Тот, который ученые использовали для «нахождения» бозона Хиггса, — это Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе, Европейской организации ядерных исследований. Это 17-мильная трасса, проложенная под землей за пределами Женевы, которая стреляет пучками протонов друг в друга. Когда они сталкиваются, они создают сверхвысокоэнергетические смеси, извергающие субатомные частицы. Время от времени одной из таких частиц может быть бозон Хиггса.

Это видео (также показанное выше) из аспирантского комикса «Piled Higher and Deeper» фантастически объясняет, почему БАК сталкивает частицы друг с другом, что он ищет в последствии и почему требуется «миллион столкновений». ” чтобы найти бозон Хиггса, как выразился рассказчик Дэниел Уайтсон, физик-экспериментатор. «Вот почему мы запускаем эту штуку 40 миллионов раз в секунду, весь день, круглый год», — говорит он.

Те, кто предпочитает версию в стиле комиксов (т. е. без видео), могут найти ее здесь.

Все еще хотите большего? Для общего ознакомления с LHC посмотрите это известное (в определенных кругах) рэп-видео от alpinekat. Несмотря на низкую производственную ценность, с момента загрузки на YouTube в 2008 году его просмотрели почти 7,7 миллиона раз. Эксперименты с CMS и ATLAS относятся к поиску Хиггса.

Если вы думаете, что физика элементарных частиц — это круто, вам нравятся вещи, о которых я пишу. Подпишитесь на меня в Твиттере и отметьте «Нравится» Los Angeles Times Science & Health на Facebook.

ТАКЖЕ:

Теоретики бозона Хиггса получают Нобелевскую премию по физике

Физики празднуют «триумф» бозона Хиггса

Бозон Хиггса — Простая англоязычная Википедия, бесплатная энциклопедия

Переключить оглавление

Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии

Компьютерное изображение взаимодействия Хиггса

Бозон Хиггса (или частица Хиггса ) — это частица в Стандартной модели физики. В 1960-х годах Питер Хиггс был первым, кто предположил, что эта частица может существовать. 14 марта 2013 года ученые ЦЕРНа впервые подтвердили, что нашли частицу бозона Хиггса. [5]

Частица Хиггса — одна из 17 частиц Стандартной модели, физической модели, описывающей все известные элементарные частицы. Частица Хиггса — это бозон. Бозоны считаются частицами, ответственными за все физические силы. Другими известными бозонами являются фотон, бозоны W и Z и глюон. Ученые пока не знают, как совместить гравитацию со Стандартной моделью. [6] [7] [8]

Поле Хиггса является фундаментальным полем, имеющим решающее значение для теории физики элементарных частиц. [7] В отличие от других известных полей, таких как электромагнитное поле, поле Хиггса почти везде принимает одно и то же ненулевое значение. Вопрос о существовании поля Хиггса был последней непроверенной частью Стандартной модели физики элементарных частиц и, по мнению некоторых, был «центральной проблемой физики элементарных частиц». [9] [10]

Бозон Хиггса трудно обнаружить. Бозон Хиггса очень массивен по сравнению с другими частицами, поэтому он не существует очень долго. Обычно вокруг нет бозонов Хиггса, потому что для их создания требуется очень много энергии. [7] Большой адронный коллайдер в ЦЕРН был построен в основном по этой причине. Он разгоняет две группы частиц почти до скорости света (движущихся в противоположных направлениях), прежде чем направить их на путь столкновения друг с другом.

Каждое столкновение производит шквал новых частиц, которые обнаруживаются детекторами вокруг точки, где они сталкиваются. Вероятность появления и обнаружения бозона Хиггса по-прежнему очень мала, один к 10 миллиардам. Чтобы найти несколько столкновений с доказательствами существования бозона Хиггса, БАК сталкивает вместе триллионы частиц, а суперкомпьютеры просеивают огромное количество данных.

Бозоны Хиггса подчиняются закону сохранения энергии, согласно которому энергия не создается и не уничтожается, а вместо этого может передаваться или изменять форму. Во-первых, энергия начинается в калибровочном бозоне, взаимодействующем с полем Хиггса. Эта энергия находится в форме кинетической энергии движения. Калибровочный бозон после взаимодействия с полем Хиггса замедляется. Это замедление уменьшает количество кинетической энергии калибровочного бозона. Однако эта энергия не уничтожается. Вместо этого энергия движения переходит в поле и преобразуется в энергию массы, то есть энергию, запасенную в массе. Созданная масса может стать тем, что мы называем бозоном Хиггса. Количество создаваемой массы определяется знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc 9.0054 2 , в котором говорится, что масса равна большому количеству энергии (например, 1 кг массы эквивалентен почти 90 квадриллионам джоулей энергии — такое же количество энергии используется всем миром примерно за час и квартал 2008 года). Поскольку количество массы-энергии, создаваемой полем Хиггса, равно количеству кинетической энергии, которую калибровочный бозон теряет при замедлении, энергия сохраняется.

Бозоны Хиггса используются в различных научно-фантастических рассказах. Физик Леон Ледерман в 1919 году назвал ее «божественной частицей».93.

12 декабря 2011 года две группы на Большом адронном коллайдере, занимающиеся поиском бозона Хиггса, ATLAS и CMS, объявили, что наконец получили результаты, которые могут свидетельствовать о существовании бозона Хиггса; [11] Однако они не знали наверняка, правда ли это.

4 июля 2012 года команды Большого адронного коллайдера объявили об открытии частицы, которую они считают бозоном Хиггса. [12]

14 марта 2013 года команды провели гораздо больше испытаний и объявили, что теперь они думают, что новая частица является бозоном Хиггса. [5]

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 О’Лунай, К. (14 марта 2013 г.). «Новые результаты показывают, что новая частица является бозоном Хиггса». ЦЕРН. Проверено 9 октября 2013 г. .
  2. ↑ 2. 0 2.1 Брайнер, Дж. (14 марта 2013 г.). «Частица подтверждена как бозон Хиггса». Новости NBC . Проверено 14 марта 2013 г. .
  3. ↑ АТЛАС; CMS (26 марта 2015 г.). «Комбинированное измерение массы бозона Хиггса на стр. 9».0114 Столкновения ats=7 и 8 ТэВ с экспериментами ATLAS и CMS». Physical Review Letters . 114 (19): 191803.
  4. ↑ LHC Рабочая группа по поперечному сечению Хиггса; Диттмайер; Мариотти; Пассарино; Танака; Алехин; Алвалл; Баньяски; Банфи (2012). «Справочник по сечениям бозона бозона LHC: 2. Дифференциальные распределения». Отчет ЦЕРН 2 (таблицы A.1 – A.20) . 1201 : 3084. Архив: 1201.3084. Бибкод: 2012arXiv1201.3084L. doi: 10.5170/CERN-2012-002. S2CID 119287417.
  5. ↑ 5.0 5.1 «Новые результаты показывают, что частица, обнаруженная в ЦЕРНе, является бозоном Хиггса | Связи со СМИ и прессой». пресс.церн . Проверено 3 ноября 2017 г. .
  6. ↑ Онииси П. 2012. «Часто задаваемые вопросы о бозоне Хиггса». Группа Техасского университета ATLAS. Проверено 8 января 2013 г. .
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Штрасслер М. 2012 (11 октября 2012 г.). «Часто задаваемые вопросы о Хиггсе 2.0». ProfMattStrassler.com . Проверено 8 января 2013 г. . [В] Почему физиков-ядерщиков так волнует частица Хиггса?
    [A] Ну, на самом деле, нет. Что их действительно волнует, так это поле Хиггса , потому что оно , поэтому важно. [курсив в оригинале]
  8. ↑ Большое лоскутное одеяло. квантовое возбуждение
  9. ↑ Хосе Луис Лусио и Арнульфо Сепеда (1987). Труды II Мексиканской школы частиц и полей, Куэрнавака-Морелос, 1986 г. . Всемирная научная. п. 29. ISBN 9971504340 .
  10. ↑ Ганион, Доусон, Кейн и Хабер (199). Руководство охотника за Хиггсом (1-е изд.) . стр.