Содержание
Обнаружен долгожданный распад бозона Хиггса
Женева, 28 августа 2018.
Спустя шесть лет после открытия бозона Хиггса, был обнаружен его распад на элементарные частицы, известные как b-кварки. Наблюдение, анонсированное сегодня в ЦЕРН экспериментами ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (LHC), доказывает гипотезу о том, что всепроникающее квантовое поле Хиггса также дает массу и b-кваркам. Обе коллаборации представили сегодня свои результаты к публикации.
Cобытие-кандидат, зарегистрированное экспериментом ATLAS, демонстрирующее ассоциированное рождение бозона Хиггса (H) и W-бозона с последующим распадом бозона Хиггса на мюон (µ) и нейтрино (v). Рисунок © CMS/ЦЕРН
Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает, что в почти 60% случаев бозон Хиггса распадается на пару b-кварков, которые из шести типов кварков являются наиболее тяжелыми после топ-кварка. Проверка данного предположения имеет решающее значение, поскольку результат либо подтвердит Cтандартную модель, которая основана на идее о том, что поле Хиггса наделяет кварки и другие фундаментальные частицы массой, либо подорвет ее основы и укажет на существование новой физики.
Как показал шестилетний период, прошедший с момента открытия бозона, регистрация этого распада бозона Хиггса является сложной задачей. Причиной тому служит наличие множества других каналов рождения b-кварков в протон-протонных столкновениях, что затрудняет выделение сигнала распада бозона Хиггса из фонового «шума», сопровождающего эти процессы. При этом, менее вероятные каналы распада бозона Хиггса, которые наблюдались во время открытия частицы, такие, как распад на пару фотонов, выделить из фоновых процессов гораздо легче.
Для выделения сигнала использовался метод комплексного анализа данных. Для этого каждая из коллабораций ATLAS и CMS объединили данные первого и второго сеанса на LHC, которые включали столкновения при энергиях 7, 8 и 13 ТэВ. В результате обе коллаборации обнаружили распад бозона Хиггса на пару b-кварков со статистической значимостью, превышающей 5 стандартных отклонений. Кроме того, обе команды измерили интенсивность распада, которая соответствует предсказанию Стандартной модели, в пределах текущей точности измерения.
«Данное наблюдение является важной вехой в исследованиях бозона Хиггса. Оно показывает, что эксперименты ATLAS и CMS достигли глубокого понимания результатов анализа собранных данных и превосходящего ожидания контроля фоновых процессов. ATLAS наблюдал все распады бозона Хиггса на тяжелые кварки и лептоны третьего поколения во всех основных каналах рождения бозона Хиггса», — сказал Карл Якобс, руководитель коллаборации ATLAS.
«С момента первого наблюдения распада бозона Хиггса на τ-лептоны в эксперименте CMS, которое случилось год назад, мы вместе с нашими коллегами из ATLAS наблюдали распад бозона Хиггса на самые тяжелые фермионы: τ-, t-кварки, а теперь и b-кварки. Превосходные возможности LHC и современные методы машинного обучения позволили нам достичь этого результата раньше, чем ожидалось», — заявил руководитель коллаборации CMS Джоэл Батлер.
Ученые Объединенного института ядерных исследований принимают активное участие в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (LHC).
Свое участие в обоих экспериментах ОИЯИ начал на этапах их предварительных исследований и разработок, став впоследствии одним из основных участников как ATLAS, так и CMS.
При наличии большего количества экспериментальных данных, коллаборации смогут повысить точность этих и других измерений и исследовать распад бозона Хиггса на пары менее тяжелых фермионов — мюонов. Отклонения от предсказаний Стандартной модели, которые могут заметить ученые, изучая эти данные, будут указывать на существование физики за ее пределами.
«Эксперименты с частицей Хиггса, которая считается окном в новую физику, продолжаются. Эти блестящие результаты, полученные досрочно, выводят на первый план наши планы по модернизации LHC с целью существенного увеличения статистики. Сейчас мы можем видеть, что методы анализа дают точность, необходимую для исследования всего физического ландшафта, включая, надеюсь, новую физику, которая до сих пор остается в тени», — отметил директор Лаборатории ЦЕРН по исследованиям и вычислительной технике Экхард Элсен.
Cобытие-кандидат, зарегистрированное экспериментом CMS, демонстрирующее ассоциированное рождение бозона Хиггса (H) и Z-бозона с последующим распадом бозона Хиггса на пару b-кварка (b) и электрон-позитронную пару (e—, e+). Рисунок © CMS/ЦЕРН
Источник: Пресс-релиз ЦЕРН от 28 августа 2018
Больше информации:
Пресс-релиз коллаборации ATLAS, 28 августа 2018
Пресс-релиз коллаборации CMS, 28 августа 2018
Пресс-релиз коллаборации CMS России и стран-участниц ОИЯИ (RDMS), 28 августа 2018
«Observation of H→bb decays and VH production with the ATLAS detector», коллаборация ATLAS
«Observation of Higgs boson decay to bottom quarks», коллаборация CMS
Десять лет с бозоном Хиггса. Почему радость из-за этого открытия постепенно меркнет?
Большой адронный коллайдер
© Loona/Abaca via Reuters
Ровно десять лет назад две группы ученых, работавшие на Большом адронном коллайдере, сообщили долгожданную новость.
Им удалось обнаружить бозон Хиггса — частицу, существование которой было предсказано еще в 1960-х годах, последнее недостающее звено Стандартной модели. На этом открытии закончилась целая глава в физике элементарных частиц. Однако новая так и не началась
Что вообще такое бозон Хиггса?
Живший две с половиной тысячи лет назад грек Демокрит полагал, что все состоит из неделимых элементов — атомов. По-видимому, он был прав. Но то, что мы сегодня называем атомами, на самом деле имеет структуру: ядро и электроны вокруг него. В свою очередь, ядро состоит из протонов и нейтронов, а те — из кварков. У кварков же, насколько известно, структуры нет: они не состоят еще из чего-то.
Точно так же силы природы, например трения или выталкивания, можно вывести из фундаментальных взаимодействий. У трех из четырех этих взаимодействий есть частицы-переносчики (исключение — гравитация, но некоторые физики надеются, что просто плохо искали). Эти частицы, как кварки или электроны, тоже не получается разделить на составляющие, поэтому их называют элементарными.
Элементарные частицы в каком-то роде иллюзорны. Историк науки Дмитрий Баюк предлагает вообразить гребень волны: «Если вы летите на вертолете и смотрите на море, то вам может показаться, что нет разницы между гребешком волны и корабликом. Потом вы можете сделать вывод, что есть гребешки, а есть кораблики. В некий момент вы открываете для себя, что нет никаких корабликов — все это гребешки: просто вода в море есть в разных видах. Тем не менее это одна и та же вода. Когда в ней возникают гребешки, то они воспринимаются нашими органами чувств и ведут себя как что-то твердое. [Точно так же] то, что мы воспринимаем как материальную частицу, — это некое элементарное возбуждение поля». С этой точки зрения нет четкой границы между материей и полем, материей и энергией.
Для понимания устройства Вселенной нужно разобраться, какими свойствами обладают элементарные частицы (и соответствующие им поля) и как они влияют друг на друга. Всего есть 12 частиц материи, столько же античастиц и четыре переносчика взаимодействий: глюон — сильного, фотон — электромагнитного, W- и Z-бозоны — слабого.
Вместе они входят в так называемую Стандартную модель и, расположенные рядом друг с другом, напоминают таблицу Менделеева для — насколько известно — самого глубокого уровня мироздания.
Стандартную модель закончили формулировать в 1970-х годах. В те времена были открыты еще не все входящие в нее частицы, но к началу XXI века осталась всего одна, существование которой не подтвердилось экспериментально, — стоящий особняком бозон Хиггса.
На эту тему
«На базовом уровне до эпохи Стандартной модели в теорию входили безмассовые частицы. Но нам известно, что у частиц масса есть. Чтобы «придать» им ее, можно записать в уравнения массивные члены, но, во-первых, это некрасиво и выглядит искусственно, во-вторых, приводит к внутренним проблемам теории. [Вместо этого] в Стандартной модели был предложен механизм динамического приобретения массы — дополнительное поле, которое взаимодействует с безмассовыми частицами», — объясняет Сергей Шматов из Объединенного института ядерных исследований в Дубне.
Бозон Хиггса — частица этого поля. Найти бозон Хиггса — значит подтвердить наличие постулированного поля и механизм нарушения симметрии между электромагнитными и слабыми взаимодействиями. Фактически с бозоном Хиггса можно описать два взаимодействия — электромагнитное и слабое — как одно, электрослабое. Иначе получилась бы нестыковка: у частицы электромагнитного взаимодействия, фотона, нет массы, у W- и Z-бозонов, переносчиков слабого, она есть. Такой подход — часть большого проекта в физике по объединению всех четырех сил природы, поиску более простой и совершенной теории.
Как открыли бозон Хиггса?
«Вы не можете увидеть бозон Хиггса. Строго говоря, вы даже не можете увидеть его трек в чем-нибудь типа камеры Вильсона. Вы видите вторичные эффекты. Как любят говорить популяризаторы, мы не видим кошку — мы, просыпаясь утром, видим опрокинутую миску с молоком и отпечатки мокрых лап на ковре. По отпечаткам мы можем определить вес кошки, по количеству выпитого молока — размер, ее аппетит, сколько она не ела», — объясняет Дмитрий Баюк.
Чтобы бозон Хиггса возник и его следы можно было засечь, нужно много энергии: это весьма массивная частица. Энергию «закачивают» в пучки других частиц, которые, сталкиваясь, разлетаются на «осколки», а те попадают в детекторы. Среди этих «осколков» могли быть и признаки бозона Хиггса, но десятилетиями об этом не получалось говорить с уверенностью.
Про ускоритель частиц, который позволил бы справиться с этой задачей, физики раздумывали с начала 1980-х годов, а в середине 1990-х Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) одобрила строительство Большого адронного коллайдера (БАК) — ускорителя, каких еще не было.
БАК представляет собой кольцевой тоннель длиной почти 27 км глубоко под землей на границе Швейцарии и Франции. Внутри установлены тысячи сверхпроводящих магнитов, система охлаждения с жидким гелием и несколько детекторов. Магниты направляют встречные пучки протонов, разогнанных до околосветовой скорости. Первое время на питание установок требовалось 600 ГВт·ч электроэнергии в год — всего в пять раз меньше, чем всей Женеве вместе с окрестностями.
Далее энергопотребление выросло еще сильнее.
На эту тему
Первый пуск состоялся в сентябре 2008-го, а эксперименты начались в конце 2009 года. Данные о столкновениях протонов собирали и проверяли две коллаборации ученых примерно по 3 тыс. человек. В одной из них участвовал Сергей Шматов. «Мы знали, что открытие назревает. Но чтобы быть уверенными, что оно состоялось, сигнал должен значительно возвышаться над фоном. Требование заключалось в том, чтобы вероятность случайной флуктуации этого самого фона, которая может имитировать сигнал, была меньше 10-6. Подобная статистическая значимость достигается по мере накопления данных, и мы видели, что приближаемся к этой отметке», — вспоминает он.
По словам Сергея Шматова, сначала было непонятно, что за частицу нашли они с коллегами, — нужно было исследовать ее свойства. Это заняло около года. Об открытии объявили 4 июля 2012-го, а то, что это именно бозон Хиггса Стандартной модели, стало понятно только во второй половине 2013 года (спустя десять лет нет никаких указаний, что свойства новой частицы отличаются от предсказаний Стандартной модели).
Даже в ЦЕРНе многие удивились, что это удалось сделать так быстро.
Почему физикам мало одного бозона Хиггса?
По оценке Forbes, на обнаружение бозона Хиггса потратили $13,25 млрд. Модернизация и эксплуатация БАК до середины 2030-х годов обойдется еще дороже. Ученые рассчитывали, что прежде неуловимая частица — это только начало. В книге «Уродливая Вселенная» физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер писала: «Мои коллеги и я возлагали большие надежды на проект, стоивший миллиарды долларов, — рассчитывали, что он сделает нечто большее, чем просто подтвердит то, в чем никто и не сомневался. Мы обнаружили несколько многообещающих «трещин в фундаменте», убедивших нас, что Большой адронный коллайдер породит также другие, пока неизвестные частицы. Мы ошиблись. Большой адронный коллайдер не увидел ничего, что подкрепило бы наши новоизобретенные законы природы».
Законы, которые упоминает Хоссенфельдер, — надстройки к Стандартной модели. Проблема Стандартной модели заключается в том, что результаты большинства экспериментов с ней согласуются, но в ее рамках невозможно ответить на многие вопросы о мироздании.
Что такое темная материя и темная энергия? Почему материи больше, чем антиматерии? Как связать гравитацию с остальными фундаментальными взаимодействиями? Почему частицы обладают разной массой? Стандартная модель одновременно хороша и плоха.
На эту тему
«Физики искали другие частицы, другие бозоны Хиггса, ведь в ряде теорий за рамками Стандартной модели бозонов Хиггса может быть несколько. Их искали в различных массовых диапазонах, различных каналах, в предположении их различных свойств и ничего не нашли. Также ряд теорий предсказывает существование новых явлений, которые могут быть обнаружены по сигналам, в которых участвует бозон Хиггса. Это могут быть дополнительные частицы, распадающиеся на стандартный бозон Хиггса, если их масса больше, чем масса самого бозона. Либо сам стандартный бозон Хиггса распадается на новые частицы, если масса этих частиц меньше. Постепенно он превратился из объекта изучения в инструмент для поиска новой физики и исследования свойств взаимодействия элементарных частиц», — говорит Сергей Шматов.
Те, кто все еще надеется найти новые частицы, предлагают строить ускорители еще больше и мощнее, чем БАК. Один такой проект — 100-километровый кольцевой коллайдер все под тем же ЦЕРНом. Критики на это говорят, что подобный проект займет десятилетия, обойдется в сумму, сравнимую с годовым ВВП маленькой страны, а главное — не позволит как следует проверить новые теории.
Физик Марвин Маршак, исследующий нейтрино, в комментарии для Science недавно сказал про ученых, которые работают на БАК: «Они приближаются к пустыне и не знают, насколько она велика». Сергей Шматов разделяет эти опасения, но напоминает, что физика частиц не ограничивается экспериментами на коллайдерах: «У нас есть великолепные данные с сигналами из космоса. Чего стоит только открытие гравитационных волн! Но проблема, безусловно, есть, и эту проблему надо будет как-то решать».
Марат Кузаев
Ученые объявили об открытии бозона Хиггса 10 лет назад. Что дальше?
По
Луиза Лернер
Прошло десять лет с тех пор, как человечество официально открыло, что делает возможным наше существование. 4 июля 2012 года ученые объявили об обнаружении бозона Хиггса, неуловимой частицы, которая придает массу почти всем другим частицам и, таким образом, закладывает основу материи, которая формирует нас и все, что мы видим вокруг себя во Вселенной.
Эта новость взбудоражила мир и попала в заголовки международных газет. Десять лет спустя ученые объясняют, почему частицу было так трудно найти, что сделало возможным ее захват и что ждет ее в будущем.
«Хиггс тесно связан с ключевыми аспектами Вселенной. Было замечательно и удивительно, что мы смогли это обнаружить, и как много мы узнали с тех пор, но, с моей точки зрения, работа только началась», — сказал физик Дэвид Миллер, один из многих исследователей Чикагского университета, которые работали на Большом адронном коллайдере, где был открыт бозон Хиггса и где продолжаются его исследования.
«Мы не задали и половины вопросов о бозоне Хиггса».
«Охота на бекаса»
«Стоит сказать, почему это заняло так много времени», — сказал физик из Чикагского университета Марк Ореглия, который насчитывает более 30 лет своей карьеры, потраченных на поиск бозона Хиггса. «Это странная частица».
Частица Хиггса — это проявление так называемого поля Хиггса — энергетического поля, которое пронизывает все во Вселенной. «Мы этого не замечаем; поле Хиггса для нас как воздух, как вода для рыб», — написал Нобелевский комитет, присуждая награду за исследование в 2013 году9.0003
Частицы, из которых мы состоим, такие как электроны и кварки, взаимодействуют с полем Хиггса, и это определяет их массу. Но хотя ученые ожидали, что должна существовать частица Хиггса, большего они не знали.
— Это было очень похоже на охоту на бекаса, — сказал Ореглиа. «Вы не знали, насколько он велик — он мог быть крошечным, а мог быть огромным. Это была одна из тех вещей, о которых ты узнаешь, когда увидишь… но ты не знаешь, где искать».
Для поиска мельчайших неизвестных частиц ученые обращаются к ускорителям. Основная идея состоит в том, что если сталкивать частицы с достаточной силой, они распадаются на мельчайшие кусочки, составляющие вселенную. Но даже когда ученые продолжали строить все более мощные ускорители, которые обнаруживали другие частицы, бозон Хиггса оставался скрытым.
Для его обнаружения потребуется Большой адронный коллайдер — самый мощный из когда-либо построенных ускорителей частиц, простирающийся на 18 миль через границу Франции и Швейцарии.
«Вот оно, вот оно»
К концу 1990-х годов ученые, включая ученых из Калифорнийского университета в Чикаго и связанных с ним национальных лабораторий, Национальной ускорительной лаборатории Ферми и Аргоннской национальной лаборатории, открыли и каталогизировали 16 субатомных частиц: все предсказанные частицы, кроме бозона Хиггса. Этот процесс, по словам физика из Калифорнийского университета в Чикаго Мела Шочета, позволил ученым «сузить диапазон, в котором должен быть бозон Хиггса».
Следующим шагом было создание ускорителя, который мог бы производить и измерять частицы в этом диапазоне энергий.
В разработке, строительстве и эксплуатации Большого адронного коллайдера участвовали тысячи физиков, инженеров, механиков и сотрудников из десятков стран. БАК настолько велик, что ни одна страна не может сделать все сразу; вместо этого отдельные части ускорителя были спроектированы и построены по всему миру, а затем отправлены в Женеву для сборки.
Частицы будут отправлены в два разных эксперимента, названных ATLAS и CMS. Два эксперимента проводились как можно более раздельно, каждый со своими группами и детекторами, так что, если бы оба наблюдали это независимо друг от друга, результаты были бы еще более надежными. Чикагский университет работал над ATLAS. Ореглиа и Джим Пилчер, ныне почетный профессор физики, возглавили группу, которая построила большую часть триггера и калориметра эксперимента ATLAS — прибора, измеряющего энергию частиц, образующихся во время столкновений.
Устройства были сформированы в высоком отсеке здания физики высоких энергий в Университете Чикаго, уникальном пространстве, которое позволяет создавать такие большие компоненты.
В состав команды входили сотрудники двух других уникальных отделов Калифорнийского университета в Чикаго: группы разработки электроники и группы технического обслуживания, состоящих из профессиональных инженеров, которые помогали физикам воплощать проекты в реальность. «Я могу пересчитать по пальцам одной руки количество университетов США, обладающих такими возможностями, и это было абсолютно необходимо», — сказал Ореглия.
От планирования до появления первого света на БАК ушло 26 лет. Его первый официальный запуск начался в начале 2010 года. Чрезвычайно мощные магниты направляли и ускоряли пучки протонов по кольцу до тех пор, пока они не двигались почти со скоростью света, а затем сталкивали их вместе.
Если вы сталкиваете протоны друг с другом при этих чрезвычайно высоких энергиях, очень, очень, очень время от времени — примерно раз в миллиард — в результате столкновения образуется частица бозона Хиггса.
Они существуют мельчайшие доли секунды, прежде чем распасться на другие частицы. Может быть трудно сказать, что конкретный спрей был вызван бозоном Хиггса, а не другими частицами, но, создав достаточное количество столкновений, ученые начали замечать явный выступ на своем графике.
«Внезапно все встало на свои места», — сказал Миллер. «Вот оно, — сказала Ореглия.
Результаты были обнародованы на крупной международной пресс-конференции 4 июля 2012 года.
Только начало
Однако первоначальное открытие было только началом. — Теперь вы знаете массу бекаса, но хотите знать, какого он цвета, есть ли у него перья, кусается ли — все остальное, — сказал Ореглия.
За 10 лет после объявления Хиггса исследователи использовали БАК для проведения ряда таких измерений с даже большей точностью, чем они надеялись ранее. Все эти открытия помогают уточнить наше представление о Стандартной модели физики элементарных частиц.
Ученые продолжают искать нить, которая могла бы разгадать некоторые другие оставшиеся загадки физики — например, почему материи во Вселенной больше, чем антиматерии, и природа темной энергии и темной материи.
«Любое небольшое отклонение ожидаемых свойств от Стандартной модели может стать крупным прорывом», — сказал физик из Университета Чикаго Янг-Ки Ким.
Например, возможно, что когда две частицы Хиггса сталкиваются, они создают действительно невидимые частицы, которые предсказываются как часть теории «суперсимметрии». Другая возможность состоит в том, что некоторые столкновения будут производить две частицы Хиггса вместо одной, и то, как они взаимодействуют, откроет новые части головоломки.
«Оказывается, это дает нам возможность измерить один из немногих оставшихся параметров Стандартной модели, который влияет на Вселенную в целом и судьбу Вселенной — то есть, насколько стабильна Вселенная», — сказал Шохет. .
Это одна из главных целей следующих «прогонов» БАК. (Детектор периодически отключается для модернизации, чтобы увеличить интенсивность и энергию луча ускорителя.) Ореглиа, Миллер, Шочет, Ким и другие исследователи из Университета Чикаго возглавили усилия по проектированию и созданию инструментов и подходов к анализу для следующих двух запусков.
Третий запуск, который начнется в этом месяце и продлится около трех лет, может дать новые ответы на оставшиеся вопросы. Миллер работает над «триггером», частью детектора, которая проверяет все входящие данные от миллиарда столкновений в секунду и решает, что оставить.
«Ни один современный банк данных на Земле не может хранить столько информации на соответствующих скоростях», — сказал Миллер. Он и другие ученые ищут методы машинного обучения, которые могут быстро сортировать и распознавать наиболее интересные столкновения.
Тем временем команды Шочета, Кима и Ореглии также создают электронику для четвертого запуска БАК, запуск которого запланирован на 2025 год с чрезвычайно высокой интенсивностью. Количество энергии предоставит новые возможности для изучения фундаментальных тайн, но оно также создает свои собственные проблемы.
«Устройства, которые мы создаем, должны будут поглощать довольно большое количество радиации, поэтому одна из наших задач — найти новые способы сделать электронику устойчивой к излучению по разумной цене», — сказал Ореглия.
Другие ученые Калифорнийского университета в Чикаго участвовали в создании вычислительных методов и киберинфраструктуры, необходимых для сбора и анализа данных, а также в теоретической работе, например, в предложении того, как использовать бозон Хиггса для обнаружения темной материи.
Когда-то неуловимый Хиггс сам становится инструментом, открывающим двери.
— История Хиггса еще не закончена, — сказал Ореглиа. «Будет безумно интересно увидеть, соединит ли это нас с каким-то новым миром».
Бозон Хиггса | ЦЕРН
Что такое бозон Хиггса?
В нашем нынешнем описании Природы каждая частица представляет собой волну в поле. Наиболее знакомым примером этого является свет: свет одновременно является волной в электромагнитном поле и потоком частиц, называемых фотонами.
В случае с бозоном Хиггса на первом месте было поле. Поле Хиггса было предложено в 1964 году как поле нового типа, заполняющее всю Вселенную и придающее массу всем элементарным частицам.
Бозон Хиггса — это волна в этом поле. Его открытие подтверждает существование поля Хиггса.
Как частицы приобретают массу?
Частицы получают свою массу, взаимодействуя с полем Хиггса; у них нет собственной массы.
Чем сильнее частица взаимодействует с полем Хиггса, тем тяжелее становится частица. Фотоны, например, не взаимодействуют с этим полем и поэтому не имеют массы. Однако другие элементарные частицы, включая электроны, кварки и бозоны, действительно взаимодействуют и, следовательно, имеют различные массы.
Это массообразующее взаимодействие с полем Хиггса известно как механизм Браута-Энглера-Хиггса, предложенный теоретиками Робертом Браутом, Франсуа Энглертом и Питером Хиггсом.
Как мы открыли бозон Хиггса?
Бозон Хиггса нельзя «открыть», найдя его где-то, но он должен быть создан при столкновении частиц. После создания он трансформируется — или «распадается» — в другие частицы, которые можно обнаружить в детекторах частиц.
Физики ищут следы этих частиц в данных, собранных детекторами. Проблема в том, что эти частицы также образуются во многих других процессах, плюс бозон Хиггса появляется только примерно в одном из миллиардов столкновений LHC. Но тщательный статистический анализ огромного количества данных выявил слабый сигнал частицы в 2012 г.
Откуда физики узнали, что это бозон Хиггса?
4 июля 2012 года коллаборации ATLAS и CMS объявили об открытии новой частицы в переполненном зале ЦЕРНа.
У этой частицы не было электрического заряда, она была недолговечной и, согласно теории, распадалась так же, как и бозон Хиггса. Чтобы подтвердить, действительно ли это был бозон Хиггса, физикам нужно было проверить его «спин» — бозон Хиггса — единственная частица, у которой спин равен нулю.
Изучив в два с половиной раза больше данных, в марте 2013 года они пришли к выводу, что действительно был обнаружен какой-то вид бозона Хиггса.
Чему мы научились после открытия бозона Хиггса?
Открытие бозона Хиггса было только началом.
Спустя десять лет физики изучили, насколько сильно он взаимодействует с другими частицами, чтобы увидеть, соответствует ли это теоретическим предсказаниям.
Силу взаимодействия можно измерить экспериментально, наблюдая за образованием и распадом бозона Хиггса: чем тяжелее частица, тем больше вероятность того, что бозон Хиггса распадется или образуется из нее. Взаимодействие с тау-лептонами было открыто в 2016 г., а взаимодействие с верхними и нижними кварками — в 2018 году.
Но еще многое предстоит узнать об этой неуловимой частице.
Что будем искать дальше?
Нам еще многое предстоит узнать о бозоне Хиггса.
Это единственный в своем роде или существует целый хиггсовский сектор частиц? Помогает ли это объяснить, как образовалась Вселенная, когда материя восторжествовала над антиматерией? Получает ли он свою массу, каким-то образом взаимодействуя сам с собой? И почему его масса так мала, что предполагает существование совершенно нового механизма.