Физики узнали точный вес бозона Хиггса. Масса бозона хиггса
Бозон Хиггса
Моделирование, показывающее появление бозона Хиггса при столкновении двух протонов
Бозон ХиггсаБозон Хиггса
Бозон Хиггса – элементарная частица, природу которой очень сложно постичь без предварительной подготовки и понимания основных физических и астрономических законов Вселенной.
Свойства хиггсовского бозона
Бозон Хиггса имеет множество уникальных свойств, позволившим получить ему еще одно название – частица Бога. Открытый квант обладает цветным и электрическими зарядами, а его спин по факту равняется нулю. Это означает, что он не имеет квантового вращения. К тому же, бозон полноценно участвует в гравитационных реакциях и склонен к распаду на пары из b-кварка и b-антикварка, фотонов, электронов и позитронов в сочетании с нейтрино. Однако параметры этих процессов по ширине не превышают 17 мегаэлектроновольт (МэВ). Помимо вышеперечисленных характеристик частица Хиггса способна распадаться на лептоны и W-бозоны. Но, к сожалению, они видны недостаточно хорошо, что значительно осложняет изучение, контроль и анализ явления. Однако в те редкие моменты, когда их все же получалось фиксировать, удалось установить, что они вполне соответствуют типичным для таких случаев физическим моделям элементарных частиц.
Предсказание и история открытия бозона Хиггса
Диаграмма Фейнмана, показывающая возможные варианты рождения W- или Z-бозонов, которые при взаимодействии образуют нейтральный бозон Хиггса
В 2013 году англичанин Питер Хиггс и подданный Бельгии Франсуа Энглер получили Нобелевскую премию по физике за открытие и обоснование существования механизма, позволяющего понять, как и из чего происходят массы элементарных частиц. Однако задолго до этого уже проводились различные эксперименты и попытки открыть бозон Хиггса. Еще в 1993 году в Западной Европе начались подобные исследования с использованием мощностей Большого электронно-позитронного коллайдера. Но в итоге они не смогли в полном объеме принести результатов, ожидаемых организаторами данного проекта. К изучению вопроса подключалась и российская наука. Так в 2008-2009 гг. небольшой командой ученых ОИЯИ был произведен уточненный расчет массы хиггсовского бозона. Совсем недавно, весной 2015 года, коллаборации, известные всему научному миру, ATLAS и CMS, вновь провели корректировку массы хиггсовского бозона, которая по этим сведениям приблизительно равна 125,09±0,24 гигаэлектронвольтов (ГэВ).
Эксперименты по поиску и оценке параметров бозона Хиггса
Как уже упоминалось выше, первоначальные поисковые и оценочные эксперименты по определению массы бозона были начаты еще в 1993 году. Комплексные исследования, проводимые на Большом электронно-позитронном коллайдере, финишировали в 2001 году. Полученные благодаря этому эксперименту результаты были дополнительно откорректированы в 2004 году. По уточненным расчетам верхняя грань его массы равнялась 251 гигаэлектроновольт (ГэВ). В 2010 году была выявлена разница, равная 1%, в количестве появляющихся в ходе распада b-мезона, мюонов и антимюонов.
Стандартная модель элементарных частиц
Несмотря на статистические недочеты, получаемые с 2011 года данные с Большого андронного коллайдера, поступали по-прежнему регулярно. Это давало надежду на исправление неточных сведений. Выявленная спустя год новая элементарная частица, которая имела идентичную четность и способность распадаться, как и хиггсовский бозон, была подвергнута серьезной критике и сомнению в 2013 году. Однако уже к концу сезона обработка всех накопленных данных привела к однозначным выводам: новая открытая частица, несомненно, является искомым бозоном Хиггса и принадлежит к Стандартной физической модели.
Интересные факты о бозоне Хиггса
Большой адронный коллайдер. Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса и его исследование
Одним из наиболее интереснейших и невероятных фактов о хиггсовском бозоне является то, что его, по сути, не существует в природе. Следовательно, эта частица, в отличие от остальных фундаментальных элементов, не находится в окружающем нас пространстве. Объясняется это тем, что бозон Хиггса исчезает практически моментально после своего рождения. Происходит такая мгновенная метаморфоза посредством распада частицы. При этом за свое наикратчайшее существование бозон даже не успевает войти во взаимодействие с чем-либо еще.
Также весьма интересными и привлекающими к себе внимание фактами можно назвать, так называемые «прозвища», которые были присвоены хиггсовскому бозону. Эпатажные названия попадали в общественное использование благодаря средствам массовой информации. Одно из них было придумано вновь открытому кванту Леоном Ледерманом, лауреатом Нобелевской премии, и звучало как «чертова частица». Однако оно не было пропущено в печатное издание труда редактором и было заменено на «частицу Бога» или «божью частицу».
Другие массовые названия бозона Хиггса
Материалы по теме
Несмотря на популярность ледермановских «прозвищ», данных им бозону Хиггса, подавляющее большинство ученых не одобряют их и чаще используют другое «простонародное» название. Оно переводится как «бозон бутылки с шампанским». Основой для появления такой терминологии в обозначении хиггсовского бозона послужило некое сходство его комплексного поля с дном стеклянной бутылки из-под шампанского. Не меньшее значение для ученых «озорников» имеет и аллегоричное сравнение, намекающее на обилие выпитого шампанского по поводу открытия важной частицы.
Стоит обратить внимание и на то, что имеют место быть, так называемые, бесхиггсовые физические модели, разработанные еще до открытия бозона. Они предполагают своеобразное расширение стандартности.
Современная наука не стоит на месте, а непрерывно и неуклонно развивается. Накопленные в сегодняшней физике и смежных с ней областях знания, позволили не только предсказать, но и, собственно говоря, совершить открытие бозона Хиггса. Но изучение его свойств и обозначение сфер применения добытых сведений находится лишь в начальной стадии. Поэтому современным физикам и астрономам еще предстоит много работы и экспериментов, связанных с исследованием этой основополагающей для Вселенной частицы.
comments powered by HyperComments
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Просмотров записи: 3587
spacegid.com
Бозон Хиггса - частица, отвечающая за массу
Модель в виде физических полей строилась очень долго многими физиками, упорно изучающими Вселенную. Разработка данной модели началась в 70-х годах ХХ века. Суть её проста: без бозона Хиггса у материи не может быть массы.
Совсем недавно произошло долгожданное событие: в ЦЕРНе была обнаружена знаменитая «частица бога». Предсказание сбылось, и наука приблизилась к разрешению тайны Вселенной. Попробуем представить себе что он из себя представляет. Для этого необходимо раскрошить кусочек пенопласта на стол. Если подуть на получившиеся крошки, которые являются аналогами элементарных частиц, они легко разлетятся. Но если поверхность стола будет покрыта слоем воды, разлёт крошек станет затруднённым. В этом сравнении вода выполняет функцию поля Хиггса, как бы придающая крошкам некоторую массу. А аналогом бозонов станет рябь водной поверхности, если на неё подуть. Разница заключается только в том, что такое поле влияет не на движение частиц, а на их ускорение.
Поле Хиггса
Поле Хиггса оказывает влияние на частицы, проходящие через него. Например, фотоны могут пройти сквозь это поле абсолютно свободно, а вот другие частицы – W- и Z-бозоны – замедлятся. С полем Хиггса взаимодействует всё, что имеет массу. И поле это занимает всё пространство Вселенной. Как и всем другим полям, полю Хиггса требуется определённая частица, которая будет переносить взаимодействие, влияя на находящиеся в этом поле частицы. Этот перененосчик и есть бозон Хиггса. Он был экспериментально обнаружен на БАКе 4 июля 2012 года и обладал массой 125 – 126 ГэВ/с2. Без поля Хиггса концепция построения материи получилась бы совершенно иной. Но даже картина Вселенной, получившаяся теперь, не может быть окончательной и не объясняет всех её свойств. Космология утверждает, что подавляющая часть вещества во Вселенной может состоять из совершенно иных форм материи. Хиггсовский бозон должен помочь в дальнейших исследованиях понимания этих форм. А некоторые, оптимистически настроенные учёные, уже пытаются использовать открытие на практике. Например, если каким-то образом убрать хиггсовское поле, то все элементарные частицы потеряют массу. Возможно, появится реальная возможность создания антигравитации. Хотя, неизвестно чем это может обернуться, и возможно ли такое вообще.
В стандартной модели допускается только одно хиггсовское поле, обуславливающее все массы элементарных частиц. Но появляются расширенные, суперсимметричные стандартные модели (ССМ). В этих моделях каждой частице соответствует суперпартнёр, имеющий тесно связанные свойства (правда, такие частицы пока не обнаружены). Для ССМ уже требуются как минимум два поля, которые, взаимодействуя с частицами, наделяют их массой. Эти же поля наделяют частью массы и суперпартнёров. Два хиггсовских поля могут порождать пять разновидностей бозонов Хиггса. Из них три имеют нейтральное значение, а два получили заряд. Нейтрино, массы которых несравненно меньше масс других частиц, могут рождаться из таких взаимодействий.
Бозон Хиггса – предвестник гибели Вселенной?
Один из многих вариантов конца света опирается именно на хиггсовский бозон. Свойства этой частицы придают нашей Вселенной неустойчивое состояние, что делает возможным поглощение её Вселенной другой, альтернативной. Через какое-то время, вследствие квантовой флуктуации, может появиться вакуумный пузырёк, который станет альтернативной Вселенной, и она уничтожит нашу. Величина массы открытого бозона делает такую катастрофу очень реальной. Но не всё так плохо: конец света будет происходить со скоростью света, поэтому мы вряд ли успеем осознать его последствия. Считается, что эта катастрофа может разразиться в любое мгновение, но, скорее всего, она развернётся очень далеко от нас. Так что, несколько миллиардов лет форы у нас имеются.
Как открыли
Для поисков этой частицы был построен Большой адронный коллайдер. Это, вероятно, самый дорогостоящий проект за всю историю человечества, вобравший в себя самые последние достижения научных и инженерных гениев. Сравниться с ним по стоимости могут только грандиозные космические проекты. В подземном кольце, протяжённостью около 27 км, при помощи электрических полей разгоняются водородные ядра – протоны. Пучки протонов запускают во встречных направлениях. Разогнанные до гигантских скоростей, чуть меньших, чем скорость света, протоны сталкиваются друг с другом. Огромная энергия, приобретаемая протонами, эквивалентна массе, поэтому результатом столкновений массивных частиц является рождение новых частиц. Они очень нестабильны и подвергаются быстрому распаду. Следы столкновений регистрируются и обрабатываются специальными детекторами. Многократно изучая следы этих столкновении и открыли бозон Хиггса.
Важность открытия бозона Хиггса для современной науки подтверждается тем, что её нарекли «частицей бога».
light-science.ru
Физики узнали точный вес бозона Хиггса
Масса протона почти в 130 раз меньше массы бозона.Физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) из двух коллабораций ATLAS и CMS объединили свои данные по массе бозона Хиггса и таким образом получили ее уточненное значение.
Уточненное значение массы бозона Хиггса равняется 125,09±0,24 гигаэлектронвольта, что отвечает точности большей, чем 0,2 процента, сообщает интернет-издание Хроника.инфо со ссылкой на obozrevatel.com.
Для сравнения, масса протона (примерно равная массе самого легкого изотопа водорода) составляет около 938,27 мегаэлектронвольт и почти в 130 раз меньше массы бозона Хиггса. Ранее ATLAS и CMS представили независимые результаты своих экспериментов, согласно которым значение массы хиггса у них несколько отличалось друг от друга.
Обе коллаборации исследовали распады бозона Хиггса в различных каналах: на пару фотонов или четыре лептона (электроны или мюоны). Всего ученые проанализировали данные по около четырем тысячам триллионов протон-протонных столкновений, происходящим с энергиями до восьми тераэлектронвольт (в системе центра масс) на Большом адронном коллайдере (БАКе) в 2011 и 2012 годах.
Бозон Хиггса отвечает за генерацию массы в электрослабом секторе Стандартной модели (СМ) частиц, в сильном она приобретается главным образом за счет известного соотношения Эйнштейна, связывающего массу и энергию частицы. СМ физики частиц в настоящее время включает в себя около 20 свободных параметров (например, масс фундаментальных частиц). На сегодняшний день она является наиболее экономным способом непротиворечивого объяснения известных наблюдательных фактов микромира.
Читайте также: ЦЕРН разыграл бозоны Хиггса в лотерею
Частица Хиггса так важна, что в заголовке книги нобелевского лауреата Леона Ледермана "Частица Бога: если Вселенная это ответ, то каков вопрос? она названа "god particle" (частица бога или божья частица), а сам Ледерман изначально предлагал вариант "чёртова частица" (англ. goddamn particle), отвергнутый редактором. Это ироничное название широко употребляется средствами массовой информации. Многие учёные не одобряют это прозвище, считая более удачным "бозон бутылки шампанского" (англ. champagne bottle boson) — из-за игры образами, так как потенциал комплексного поля Хиггса напоминает донышко бутылки шампанского, а его открытие явно приведёт к опустошению не одной такой бутылки.
Если вы нашли ошибку в тексте, выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter
hronika.info
Что такое бозон Хиггса, и почему его так искали? :: SYL.ru
Бозон Хиггса в физике представляет собой элементарную частицу, которая, по мнению ученых, играет фундаментальную роль в образовании массы во Вселенной. Подтверждение или опровержение существования этой частицы являлось одной из основных целей использования Большого Адронного Коллайдера (БАК) - самого мощного ускорителя частиц в мире, который находится в Европейской лаборатории физики элементарных частиц (ЦЕРН) недалеко от Женевы.
Почему так было важно найти бозон Хиггса
В современной физике элементарных частиц существует некоторая стандартная модель. Единственной частицей, которую предсказывает эта модель, и которую ученые пытались долго обнаружить, является названный бозон. Стандартная модель частиц (согласно экспериментальным данным) описывает все взаимодействия и превращения между элементарными частицами. Однако оставалось единственное "белое пятно" в этой модели - отсутствие ответа на вопрос о происхождении массы. Важность массы не вызывает сомнения, ведь без нее Вселенная была бы совершенно другой. Если бы у электрона не было массы, то не существовали бы атомы и сама материя, не было бы биологии и химии, не было бы, в конце концов, человека.
Чтобы объяснить концепцию существования массы, несколько физиков, среди которых был британец Питер Хиггс, еще в 60-х годах прошлого столетия выдвинули гипотезу о существовании так называемого поля Хиггса. По аналогии с фотоном, который является частицей электромагнитного поля, поле Хиггса также требует существование его частицы-носителя. Таким образом, бозоны Хиггса простыми словами – это частицы, из множества которых образуется поле Хиггса.
Частица Хиггса и поле, которое она создает
Все элементарные частицы можно разделить на два типа:
- Фермионы.
- Бозоны.
Фермионы - это те частицы, которые образуют известную нам материю, например, протоны, электроны и нейтроны. Бозоны являются элементарными частицами, которые обуславливают существование различного типа взаимодействия между фермионами. Например, бозонами являются фотон - носитель электромагнитного взаимодействия, глюон - носитель сильного или ядерного взаимодействия, бозоны Z и W, которые отвечают за слабое взаимодействие, то есть за превращения между элементарными частицами.
Если говорить простым языком о бозоне Хиггса и о смысле гипотезы, которая объясняет появление массы, то следует представить, что эти бозоны распределены в пространстве Вселенной и образуют непрерывное поле Хиггса. Когда какое-либо тело, атом или элементарная частица испытывают "трение" об это поле, то есть взаимодействуют с ним, то это взаимодействие проявляется как существование массы у данного тела или частицы. Чем сильнее тело "трется" частица о поле Хиггса, тем больше его масса.
Как можно обнаружить, и где копать бозон Хиггса
Прямым способом этот бозон обнаружить не удается, поскольку (согласно теоретическим данным) после его появления он мгновенно распадается на другие более устойчивые элементарные частицы. А вот появившиеся после распада бозона Хиггса частицы уже можно обнаружить. Именно они являются "следами", свидетельствующими о существовании этой важной частицы.
Ученые, чтобы обнаружить частицу бозон Хиггса, сталкивали высокоэнергетические пучки протонов. Огромная энергия протонов при столкновении способна перейти в массу, согласно известному уравнению Альберта Эйнштейна E = mc2. В зоне столкновения протонов в коллайдере расположено множество детекторов, которые позволяют регистрировать появление и распад любых частиц.
Масса бозона Хиггса теоретически не была установлена, а был определен лишь возможный набор ее значений. Для обнаружения частицы требуются мощные ускорители. Большой Адронный Коллайдер (БАК) является самым мощным на данный момент ускорителем на планете Земля. С его помощью удавалось сталкивать протоны с энергией, близкой к 14 тетраэлектронвольтам (ТэВ). В настоящее время он работает с энергиями около 8 ТэВ. Но даже этих энергий оказалось достаточно для обнаружения бозона Хиггса или частицы Бога, как ее еще называют многие.
Случайные и реальные события
В физике элементарных частиц существование того или иного события оценивается с определенной вероятностью "сигма", которая определяет случайность или реальность этого события, полученного в эксперименте. Чтобы увеличить вероятность какого-либо события, необходимо проанализировать большое число данных. Поиски и открытие бозона Хиггса относятся к подобного рода вероятным событиям. Для обнаружения этой частицы в БАК генерировалось около 300 млн столкновений за одну секунду, таким образом количество данных, которое нужно было проанализировать, являлось огромным.
Можно говорить о реальном наблюдении конкретного события с уверенностью, если его "сигма" будет равна 5 и больше. Это эквивалентно событию с монетой (если ее подбросить, и она 20 раз подряд упадет решкой). Такой результат соответствует вероятности менее 0,00006%.
Как только обнаружено это "новое" реальное событие, необходимо детально его изучить, ответив на вопрос, точно это событие соответствует частице Хиггса или это какая-то другая частица. Для этого необходимо тщательно изучать свойства продуктов распада этой новой частицы и сравнивать их с результатами теоретических предсказаний.
Эксперименты БАК и открытие частицы массы
Поиски частицы массы, которые выполнялись на коллайдерах БАК в Женеве и Теватрон в лаборатории Ферми в США, установили, что частица Бога должна обладать массой большей, чем 114 гигаэлектронвольт (ГэВ), если ее выражать в энергетическом эквиваленте. Для примера скажем, что масса одного протона приблизительно соответствует 1 ГэВ. Другие эксперименты, которые были направлены на поиск данной частицы, выяснили, что ее масса не может превышать 158 ГэВ.
Первые результаты поиска бозона Хиггса в БАК были представлены еще в 2011 году, благодаря анализу данных, которые собирались в коллайдере в течение одного года. За это время было проведено два основных эксперимента по указанной проблеме - ATLAS и CMS. Согласно этим экспериментам, бозон имеет массу между 116 и 130 ГэВ или между 115 и 127 ГэВ. Интересно отметить, что в обоих названных экспериментах в БАК по многим признакам масса бозона находится в узкой области между 124 и 126 ГэВ.
Питер Хиггс вместе со своим коллегой Франком Энглертом 8 октября 2013 года получили Нобелевскую премию за открытие теоретического механизма понимания существования массы у элементарных частиц, который был подтвержден в экспериментах ATLAS и CMS на БАК в ЦЕРН (Женева), когда был обнаружен экспериментально предсказанный бозон.
Важность открытия частицы Хиггса для физики
Поясняя об открытии бозона Хиггса просто, можно сказать, что оно положило начало новому этапу в физике элементарных частиц, поскольку это событие предоставило новые пути для дальнейшего исследования феноменов Вселенной. Например, изучение природы и особенностей черной материи, которая по общим оценкам составляет около 23% всей известной Вселенной, но свойства которой остаются тайной до настоящего времени. Открытие частицы Бога позволило продумать и поставить новые эксперименты в БАК, которые помогут прояснить данный вопрос.
Свойства бозона
Многие свойства частицы Бога, которые описываются в стандартной модели элементарных частиц, в настоящее время полностью установлены. Этот бозон имеет нулевой спин, у него нет электрического заряда и цвета, поэтому он не взаимодействует с другими бозонами, такими как фотон и глюон. Однако он взаимодействует со всеми частицами, которые обладают массой: кварками, лептонами и бозонами слабых взаимодействий Z и W. Чем больше масса частицы, тем сильнее она взаимодействует с бозоном Хиггса. Кроме того, этот бозон является античастицей для самого себя.
Масса частицы, ее среднее время жизни и взаимодействие между бозонами не предсказывает теория. Эти величины могут быть измерены только экспериментальным путем. Результаты экспериментов на БАК в ЦЕРН (Женева) установили, что масса этой частицы лежит в пределах 125-126 ГэВ, а время ее жизни составляет приблизительно 10-22 секунды.
Открытый бозон и космический апокалипсис
Открытие этой частицы считается одним из самых важных за всю историю человечества. Эксперименты с этим бозоном продолжаются, а ученые получают новые результаты. Одним из них стал тот факт, что бозон может привести Вселенную к гибели. Причем этот процесс уже начался (согласно мнению ученых). Суть проблемы заключается в следующем: бозон Хиггса может сколлапсировать самостоятельно в какой-либо части Вселенной. Это создаст энергетический пузырь, который постепенно распространится, поглощая все на своем пути.
На вопрос, будет ли конец света, каждый ученый отвечает положительно. Дело в том, что существует теория, которая называется "Звездная модель". В ней постулируется очевидное утверждение: все имеет свое начало и свой конец. Согласно современным представлениям, конец Вселенной будет выглядеть следующим образом: ускоренное расширение Вселенной приводит к распылению материи в пространстве. Этот процесс будет продолжаться, пока не погаснет последняя звезда, после этого Вселенная погрузится в вечный мрак. Через сколько это произойдет, никто не знает.
С открытием бозона Хиггса появилась еще одна теория конца света. Дело в том, что некоторые физики считают, что полученная масса бозона является одной из возможных временных масс, существуют другие ее значения. Эти значения массы также могут реализоваться, поскольку (говоря простым языком) бозон Хиггса - это элементарная частица, которая может проявлять волновые свойства. То есть существует вероятность его перехода в более устойчивое состояние, соответствующее большей массе. Если такой переход произойдет, то все, известные человеку природные законы, приобретут другой вид, поэтому наступит конец известной нам Вселенной. Кроме того, данный процесс уже мог произойти в какой-либо части Вселенной. Человечеству остается не так много времени для своего существования.
Польза БАК и других ускорителей элементарных частиц для общества
Технологии, которые разрабатываются для ускорителей частиц, являются полезными и для медицины, информатики, индустрии, окружающей среды. Например, магниты коллайдера, изготовленные из суперпроводящих материалов, с помощью которых разгоняются элементарные частицы, могут применяться для медицинский технологий диагностики. Современные детекторы различных частиц, образующихся в коллайдере, могут использоваться в позитронной томографии (позитрон - это античастица электрона). Кроме того, технологии формирования пучков из элементарных частиц в БАК могут использоваться для терапии различных заболеваний, например, раковых опухолей.
Что касается пользы исследований с помощью БАК в ЦЕРН (Женева) для информационных технологий, то следует сказать, что глобальная компьютерная сеть GRID, а также сам интернет обязаны своему развитию во многом экспериментам с ускорителями элементарных частиц, которые производили огромное количество данных. Необходимость в обмене этими данными между учеными всего мира привела к созданию в ЦЕРН Тимом Бернелсом-Ли языка World Wide Web (WWW), на котором основан Интернет.
Пучки частиц, которые формировались и формируются в различного рода ускорителях, в настоящее время широко используются в индустрии исследования свойств новых материалов, структуры биологических объектов и продуктов химической промышленности. Достижения физики элементарных частиц применяются для конструирования солнечных энергетических панелей, для переработки радиоактивных отходов и так далее.
Влияние открытия частицы Хиггса на литературу, кино и музыку
Следующие факты свидетельствуют о сенсационности новости открытия частицы массы в физике:
- После обнаружения этой частицы была опубликована научно-популярная книга "Частица Бога: если Вселенная - это ответ, то каков же вопрос?" Льва Лидермана. Физики считают, что называть бозон Хиггса частицей Бога является преувеличением.
- В фильме "Ангелы и демоны", который основан на одноименной книге, используется также название бозона "частица Бога".
- В фантастическом фильме "Солярис", в котором главными героями являются Джордж Клуни и Наташа Макэлхоун, выдвигается теория, где упоминается поле Хиггса, и его важная роль в стабилизации субатомных частиц.
- В научно-фантастической книге "Флэшфорвард", написанной Робертом Савьером (Robert Sawyer) в 1999 году, два ученых становятся причиной мировой катастрофы, когда ставят эксперименты по обнаружению бозона Хиггса.
- Испанский сериал "Ковчег" повествует о мировой катастрофе, при которой все континенты оказались затопленными в результате экспериментов на Большом Адронном Коллайдере, а выжили только люди на корабле "Полярная Звезда".
- Музыкальная группа из Мадрида "Aviador Dro" в своем альбоме "Голос науки" посвятило песню найденному бозону массы.
- Австралийский певец Ник Кейв в своем альбоме "Push the Sky Away" одну из песен назвал "Синий бозон Хиггса".
www.syl.ru
Откуда масса у бозона Хиггса?
Виктор Черногуз
Ну что, они нашли его! Бозон Хиггса! Весь мир переполошился. 45 лет искали эту «частицу Бога» и вот с уверенностью на 99,99 процента заявили, что она существует. Сложность в том, что её нельзя увидеть: физики засекли лишь «осколки» некой частицы, которая, по их расчетам, — этот неуловимый Бозон и есть. Ведь он настолько мал…
Если увеличить его до горошины, то человек в таком случае должен быть размером с Луну!
На поиски вот этой частицы потрачены миллиарды долларов и усилия тысяч лучших учёных. Ну должен же быть какой-то результат. Не может же неосязаемый бозон Хигсса оказаться мистификацией… Или может?
Репортаж корреспондента Пятого канала Виктора Черногуза.
Владимир Леонов, физик-теоретик: «Бозон Хиггса не существует, эта теория придумана в голове профессора Хиггса. И она полностью противоречит теории Эйнштейна. Которая подтверждена экспериментально. Зачем заменять поле Эйнштейна полем Хиггса?».
Физик-теоретик Владимир Леонов занимается изучением гравитации — и к появлению так называемой Новой физики относится более чем скептически. Считает, что ученые ЦЕРН занимаются поиском того, чего на свете просто нет.
Владимир Леонов, физик-теоретик: «Вся эта история — это грандиозное мошенничество. Дурят весь свет».
Почти пятьдесят лет назад другой физик-теоретик англичанин Питер Хигсс, вернувшись с прогулки в лабораторию заявил, что кажется знает, чем склеен мир.
По его теории есть некая частица, бозон, который придает всем остальным частицам массу, замедляя их, делает мир материальным.
Питер Хиггс, физик-теоретик: «Но, если честно, никогда не думал что увижу доказательства своей теории еще при жизни. Так долго искали подтверждение, что я уже устал ждать — и был уверен: мою правоту только после смерти докажут».
Казалось, Питер Хиггс вот-вот заплачет. Мир потрясен сообщением из Женевы: ученые работающие на большом адронном коллайдере наконец добились существенных результатов. Через четыре года после запуска ускорителя можно говорить о том, что обнаружена ни на что непохожая частица, очень напоминающая по описанию бозон Хиггса.
Алексей Воробьёв, руководитель Отделения физики высоких энергий Санкт-Петербургского института ядерной физики: «Это философское огромное значение. Мы ввели активно понятие среды, в которой мы живем, вакуума, которого не замечаем. До сих пор это была чисто теоретическая какая-то конструкция. Хочешь верь — хочешь нет. А здесь прямо экспериментально показывает».
Однако сами же ученые ЦЕРНа подтверждают их выводы не окончательны. Теперь нужно убедиться, что это именно та частица Бога, которую искали.
Александр Корейша, физик-теоретик, изобретатель: «Я прекрасно понимаю, что они найдут массу частиц, но какое это имеет отношение к массе».
На другом конце света связанного теперь то ли полем Хиггса, то ли по-прежнему полем Эйнштейна, бывший сотрудник Новосибирской академии наук, физик-теоретик Александр Корейша строит в своей маленькой квартире, свой малый коллайдер — как в шутку он называет это сооружение.
Результаты его многолетних исследований полностью подтверждают классическую теорию Эйнштейна — которой никаких бозонов Хиггса не требуется.
Александр Корейша, физик-теоретик, изобретатель: «Не понятно, почему этой частице приписали то, что она дает массу остальным частицам. Тогда кто ей дает массу?»
По мнению противников теории Хиггса, дело не в науке, а в деньгах. Гигантский ускоритель частиц, по сути, — стройка века. И обошелся приблизительно в двадцать миллиардов долларов. После запуска в 2008 году мир ждал результатов.
И результаты должны были появиться.
Рольф Хойер, генеральный директор Европейской организации ядерных исследований: «Скорее всего, эта частица — действительно бозон Хиггса. Но нам нужно это подтвердить дополнительными исследованиями».
Владимир Леонов, физик-теоретик: «Сейчас надо финансировать дальше работы. Денег нет. Надо устроить „пиар“. Сказать: мы якобы что-то нашли, но нам надо еще 2 года чтобы подтвердить, что это бозон Хиггса».
Бозон Хиггса волнует сердца фантастов. Ярослав Веров год назад опубликовал рассказ для сборника фантастики именно под этим названием. Описанный им мир будущего теперь кажется менее фантастичным.
Ярослав Веров, писатель, автор повести «Бозон Хиггса»: «Вполне возможно создание электромагнитной копии человека. То есть коллайдеры уйдут, будут более сложные квантовые машины. То есть лег в капсулу, сделали электромагнитную копию тебя, не имеющую массы, но связанную с твоим мозгом. Которая может путешествовать в космосе, например».
Что такое этот бозон Хиггса — обман века или наоборот открытие столетия — должно стать ясно лет через 5. К этому моменту ученые обещают повысить эффективность работы адронного коллайдера и собрать убедительную доказательную базу. В случае успеха их, конечно, ждет Нобелевская премия. И не одна.
Впрочем, даже если будет подтверждено: бозон Хиггса найден — стандартная модель — уже не теория, а закон — она все равно опишет лишь 5 процентов вселенной. Все остальное — это так называемая темная материя. Которая почти не изучена. У физиков есть лишь понимание, что может ждать нашу планету в случае, если их эксперименты с устройством мироздания зайдут слишком далеко.
Виктор Черногуз
Tags: ATLAS, CMS, Dark Energy, Dark matter, LHC, VIMP, БАК, бозон Хиггса, гравитация, Стандартная модель, темная материя, темная энергия
victorpetrov.ru
После бозона Хиггса | Темная материя и темная энергия
Михаил Казанович
«В ближайшие десятилетия нас ждут революционные изменения в науке, - считает сотрудник Института физических проблем им. Капицы РАН Михаил Казанович. - До середины прошлого века в физике была нормальной ситуация, когда эксперименты шли параллельно теории и во многом ее предвосхищали. Во второй половине века, наоборот, теории предвосхищали эксперимент, и довольно существенно. Сейчас мы подошли к ситуации, когда теории кончились, и эксперимент должен стать поставщиком новых запросов».
Описанную ситуацию легко проиллюстрировать на примере бозона Хиггса, открытие которого, вероятно, стало последним пунктом в предсказанной теории. Его обнаружение по своей значимости для физики - это то же самое, что доказательство теоремы в математике. Но сказать с уверенностью, что бозон Хиггса существует, еще нельзя.
Сообщение о возможном открытии прозвучало в официальном докладе на конференции в Гренобле: есть вероятность, что во время эксперимента на Большом Адронном Коллайдере (БАК) проявились следы частиц, которые, скорее всего, являются продуктами распада этого неуловимого бозона.
«В научном сообществе распространено мнение, что открытие бозона Хиггса – это конец предсказанной физики», - говорит Михаил.
Частично волна
В классической физике материя имеет двойственную природу, она состоит из вещества – дискретных частиц, и поля – непрерывного, не имеющего никаких черт дискретности. Соответственно, все частицы делятся на частицы поля и частицы вещества. Есть и другая классификация: частицы делятся на бозоны и фермионы. «Все частицы полей – бозоны, а бозон Хиггса – это квант поля Хиггса. Бозон, как частицы поля, не имеет массы покоя (то есть инертно-гравитационной массы), но так как масса и энергия тела эквивалентны (E=mc²), мы можем говорить о массе движущегося бозона, которую можно вычислить». Хотя стоит иметь в виду, что частицы вещества могут быть не только фермионами. Принципиальное отличие в том, что несколько фермионов не могут одновременно находиться в одном состоянии – занимать одно и тоже положение в пространстве, а бозоны могут. Они «накладываются» друг на друга, проходят насквозь.
Для того, чтобы понять, что из себя представляет бозон Хиггса, поговорим о фотоне. «Вы же знаете, что свет состоит из фотонов? Фотон - это квант света, – объясняет Михаил. - А вот кванты любых полей – это скорее волны. Квант как порция энергии сравним с «плевком», а любая волна света – это совокупность таких плевков».
И хотя в свое время поле воспринималось как непрерывное, оно обладает свойствами дискретности: «Волновые свойства частиц все равно берут свое. Квант – «плевок» - это порция колебаний, которая ведет себя не только как волна, но и как частица. Фотон, пожалуй, самый известный», - говорит Казанович.
Одно из первых положений квантовой механики – корпускулярно-волновой дуализм. Это значит, что все частицы являются и частицами, и волнами. «То есть, например, давайте возьмем электроны (один из видов частиц вещества). Они имеют все свойства вещества, но временами начинают вести себя как волны. Подобно тому, как в традиционной христианской догматике Христос был и человеком, и Богом. Но это не значит, что он был похож, к примеру, на кентавра. Когда он умирал на кресте и просил пить, то был в полной мере человеком. Когда творил чудеса, был в полной мере Богом. То же самое и с частицами».
Бозон Хиггса был предсказан и, возможно, обнаружен. Но есть еще более неуловимая частица – гравитон. И если бозон Хиггса — всего лишь квант калибровочного поля (поля, участвующего в процессе спонтанного нарушения симметрии), то гравитон – квант одного из фундаментальных полей (гравитационного).
«Гравитон, по всей видимости, никогда не найдут, хотя в его существовании никто не сомневается. Это связано со слабостью гравитационного поля. С одной стороны это поле есть везде, с другой - оно очень слабое. Хотя Вселенная имеет тот вид, в котором она сейчас, только благодаря гравитации», - поясняет Казанович.
Вначале было поле
Науке известны только четыре типа фундаментальных взаимодействий объектов: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое поля. «При этом поля в миллиард раз больше, чем вещества», - поясняет Михаил. Это значит, что количество энергии, излучаемой реликтовыми фотонами, в миллиард раз больше, чем энергии, исходящей от протонов. Реликтовое излучение – это след изначального хаоса во Вселенной, и если представить, что все поля, индуцированные веществом, исчезнут, реликтовое поле все равно останется. Оно не имеет источника и существует само по себе.
Мечта целого поколения физиков, начиная с Эйнштейна — доказать существование начального суперсимметричного поля, объединяющего все виды взаимодействий (создать единую теорию поля). «Если бы физики решили переписать Библию, - говорит Казанович, - то начиналась бы она со слов: «В начале было поле».
Теория электрослабого взаимодействия - это локальный успех по дороге к созданию единой теории взаимодействия. Если обнаружение бозона Хиггса будет доказано, это объяснит, откуда у промежуточных бозонов появилась масса.
Идея о существовании поля Хиггса возникла во время поиска ответа на вопрос: почему нарушилась симметрия по массе между полем и веществом. Современная физика предполагает, что частицы суперсимметричного поля сначала не имели инертно-гравитационной массы. Физики заметили, что нарушение симметрии сопровождается появлением некоторого поля, отличного от уже известных калибровочных полей. Благодаря действию поля Хиггса, масса бозонов калибровочного поля может стать больше нуля, т.е. из безмассового поля зарождается вещество, обладающее массой.
Попытка объяснить это явление была предпринята английским физиком Питером Хиггсом. Он предположил, что за обеспечение вещества массой отвечает отдельное поле, оно и является причиной спонтанного нарушения симметрии. Его и назвали полем Хиггса.
Кому нужен бозон Хиггса
Понимание того, как промежуточные бозоны приобрели массу, ничего не меняет в физике кроме каких-то частных моментов – в правильности этой гипотезы никто не сомневался. Наоборот, если бы частицу не обнаружили, пришлось бы пересматривать многие постулаты предсказанной физики.
«Сейчас я не вижу никаких практических применений бозона Хиггса. Разве что в понятие практического применения вкладывать еще одно доказательство того, что возможности человеческого разума очень большие. У людей есть какая-то естественная потребность к приобретению новых знаний», - говорит Казанович.
Это не означает, что теорию, подтвержденную открытием бозона Хиггса, никогда нельзя будет использовать. Для самых отвлеченных положений фундаментальной науки рано или поздно всегда находили практическое применение. Когда возникла Общая теория относительности и квантовая механика, было трудно себе представить, что их можно использовать в каких-то практических целях. Но прошло меньше полувека, и теперь без них тяжело представить развитие технологий.
Новая физика
«Мне кажется, что сегодняшнее время имеет шанс выглядеть как научная революция в физике, - отмечает Михаил. - Все это связано с тем, что мы подошли к кризису — в хорошем смысле этого слова. Для того чтобы развиваться дальше, надо пройти эту «ломку». После этого мы начнем порождать новые парадигмы».
Череда кризисов – это нормальное состояние физики. Когда одни методы исчерпывают себя, ученые начинают искать другие. Однако ситуация с обнаружением бозона Хиггса не может быть рядовой. Прошло сто лет, в течение которых теории предвосхищали эксперименты. Теперь положения квантовой механики приходится пересматривать, они требуют испытания на философском уровне. Это сшивание квантовой механики с Общей теорией относительности (ОТО).
Будущая теория гравитации поможет разрешить многие проблемы. Хотя до ее создания еще очень далеко: ОТО описывает гравитационное взаимодействие и крупномасштабную структуру Вселенной, а квантовая механика имеет дело с явлениями в крайне малых масштабах – считается, что эти две теории несовместимы, они не могут быть одновременно правильными.
Теория суперструн была попыткой создать единую теорию поля, в которой согласуется ОТО и квантовая механика. «Но она в чем-то чересчур изощрена», - считает Михаил.
Другое поле
«На БАКе собираются и дальше наращивать выход энергии. Представление о том, что именно мы при этом увидим, есть, но оно пока ничем не подкреплено. Начинается новая физика. Опять эксперимент будет впереди теории».
В физике до сих пор остается масса нерешенных задач. Например, неизвестно, из чего состоит темная материя и куда исчезло все антивещество. Теперь на БАКе будут предприниматься попытки разгадать именно состав темной материи и роль, которую играет в ней нейтрино. «Сегодня нейтринная физика – одно из главных направлений, - отмечает Казанович. - Может быть, и в ее развитие БАК внесет существенный вклад».
Из всей материи, которая наблюдается во Вселенной, на темную материю приходится 20-25%, а на темную энергию — 70-75%. Есть предположение, что темная энергия – это еще одно фундаментальное поле, а вся энергия во Вселенной не имеет источника, и появилась сама по себе. Возможно, к четырем полям добавится пятое, которое отвечает за расширение Вселенной.
Екатерина Синельщикова
Полит.ру
Tags: Dark Energy, Dark matter, LHC, БАК, бозон Хиггса, темная материя, темная энергия
victorpetrov.ru
Что такое бозон Хиггса? | hi-news.ru
Физика элементарных частиц — не такая популярная, как политика или сплетни о знаменитостях, но одному из ее представителей все же удалось собрать лавры. Речь идет, конечно, о бозоне Хиггса. 4 июля 2012 года команда CERN объявила, что нашла частицу, ради которой был построен Большой адронный коллайдер. Частица, дескать, точно соответствует ожиданиям физиков относительно хиггсовского бозона, или как его безграмотно окрестила пресса — «частицы бога». Бозон Хиггса отвечает за массу и будоражит умы. Что же это такое?
Конечно же, секрет шумихи в том, что мы еще немного приблизились к разгадке тайны Вселенной. Ну или хотим так полагать. Недавно мы писали о том, что физики CERN действительно нашли бозон Хиггса, поэтому никаких сомнений в том, что это именно тот бозон, не остается. Другой вопрос, что для его детального изучения придется построить еще несколько дорогостоящих коллайдеров.
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.
Бозон Хиггса: последний элемент головоломки
Ученые считают, что каждая из этих четырех фундаментальных сил обладает соответствующей частицей (или бозоном), которая воздействует на материю. Это трудно понять. Мы привыкли думать о силе, как о загадочном эфире, который лежит за пределами бытия и небытия, но на самом деле сила так же реальна, как и сама материя.
Некоторые физики описывают бозоны как весы, связанные резинками с частицами материи, которая их порождает. Используя эту аналогию, мы можем представить бозоны, постоянно выстреливающие с помощью резинок и при этом спутывающиеся с другими бозонами в процессе рождения силы.
Ученые считают, что у каждой из четырех фундаментальных сил есть свои специфические бозоны. Электромагнитные поля, например, передают электромагнитную силу материи посредством фотона. Физики думают, что у бозона Хиггса такая же функция, но он будет передавать массу.
Но может ли у материи быть масса без бозона Хиггса? По Стандартной модели — нет. Но физики нашли решение. Что если у всех частиц нет собственной массы, но они получают ее, проходя через определенное поле? Это поле, известное как поле Хиггса, по-разному влияет на разные частицы. Фотоны могут проскользнуть незамеченными, а вот W- и Z-бозоны увязнут в массе. По факту, допущение существования бозона Хиггса говорит о том, что все, что обладает массой, взаимодействует с вездесущим полем Хиггса, которое занимает всю Вселенную. И как в других полях, описываемых Стандартной моделью, хиггсовскому нужна своя частица-переносчик, чтобы влиять на другие частицы. Она получила название бозона Хиггса.
4 июля 2012 года ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, объявили, что открыли частицу, которая ведет себя как бозон Хиггса. Можно выдыхать — подумали физики, но выяснилось, что бозонов, подобных хиггсовскому, может быть несколько, а значит исследования на более высоких уровнях энергии будут продолжаться и продолжаться.
Что примечательно, бозон Хиггса неожиданно оказался прямо-таки провозвестником гибели Вселенной. Сценарий можно найти здесь.
hi-news.ru
