Бозон Хиггса

Стандартная модель предполагает, что существует еще одно поле, которое практически неотделимо от пустого пространства.

Его принято называть полем Хиггса (по фамилии английского теоретика Питера Хиггса). Считается, что все пространство заполнено этим полем, и что частицы приобретают массу путем взаимодействия с ним.

Астрофизик Дэйв Голдберг в книге «Вселенная в зеркале заднего вида» упоминает известный в среде физиков анекдот, который гласит, как Энрико Ферми (лауреат Нобелевской премии за 1938 год) беседовал как-то со своим учеником Леоном Ледерманом (лауреатом Нобелевской премии за 1988 год), и Ледерман спросил Ферми о какой-то частице, на что Ферми ответил: «Ах, молодой человек, знал бы я все названия частиц, был бы ботаником!» Именно Ледерман запустил в обращение очень приставучее и при этом вызывающее совершенно ненужные ассоциации название «частица Бога» для бозона Хиггса.

Протоны, нейтроны, π-мезоны — всё это составные частицы. Элементарных частиц не так много. Это семейство лептонов, семейство кварков, составляющие сектор фермионов. Второй сектор — частицы, ответственные за их взаимодействия: фотоны, W- и Z-бозоны, глюоны и гравитоны. Бозоны взаимодействуют не только с фермионами, но и между собой. Самая известная из перечисленных частиц — фотон.

Самые интересные по своим проявлениям — глюоны, именно они связывают кварки в протоне так, что невозможно растащить. W- и Z-бозоны по своей роли похожи на фотон, но они массивны и отвечают за слабые взаимодействия, которые родственны электромагнитным, хотя и выглядят по-другому. Еще должна быть частица гравитон. Ведь гравитационные волны уже открыты, а там, где есть волны, должны быть и частицы. Другое дело, что ,  регистрировать гравитоны поодиночке не получится.

И наконец, бозон Хиггса -  частица, которая стоит особняком в списке, состоящем из небольшого количества разных видов.

Что же ВООБЩЕ такое бозоны?

Каждая частица, как волчок, имеет как бы внутренний момент вращения, или спин (это квантовомеханическое явление).

Бывает целый и полуцелый спин в единицах постоянной Планка. Частицы со спином 1/2 или 3/2 (любой полуцелый спин) называются фермионами. У бозонов спин целый, что приводит к фундаментальным отличиям в свойствах этих частиц (бозоны любят накапливаться в одном квантово-механическом состоянии, как фотоны в радиоволнах; фермионы, наоборот, этого избегают, из-за чего электроны заселяют разные атомные оболочки.).

Сейчас такая ситуация, что физика элементарных частиц снова стала экспериментальной наукой. 

Так вот, у бозона Хиггса спин равен 0 (а это тоже целое число). Бозон Хиггса — тяжелая частица. Его масса — 125 ГэВ (для сравнения: масса протона — порядка 1 ГэВ, масса самой тяжелой частицы, t-кварка, — 172 ГэВ). Бозон Хиггса электрически нейтрален. Новые частицы открывают на ускорителях, они рождаются в столкновениях частиц, в данном случае — в столкновениях протонов. После чего регистрируют продукты распада искомой частицы.

Бозон Хиггса распадается в среднем за 10-22 с. Для тяжелой частицы это не столь маленький срок — топ-кварк, например, живет в 500 раз меньше.

Те из частиц, которые сильно взаимодействуют с полем Хиггса, являются тяжелыми частицами, а слабовзаимодействующие − легкими. Этот эффект аналогичен эффекту движения тела в вязкой жидкости, когда оно за счет взаимодействия с жидкостью приобретает дополнительную эффективную массу. Еще один пример − электрон в кристалле. Из-за электромагнитного взаимодействия с атомами кристаллической решетки электрон приобретает эффективную массу, отличную от массы свободного электрона.

Физическое сообщество придает Бозону Хиггса такое значение, поскольку это последняя частица, предсказанная Стандартной моделью. Ранее точная величина бозона Хиггса была загадкой для ученых, но после его «поимки» в коллайдере выяснилось, что она приближается к показателю в 126 гигаэлектронвольт. Это значит, что неуловимый бозон в 126 раз весомее протона, что даёт основания пересмотреть многие общепринятые теории.

По одной из теорий, во время Большого взрыва именно бозон Хиггса придал остальным частицам массу. Однако говорить об этом с уверенностью ранее было нельзя, так как для таких расчетов нужно было знать с точностью до 1% массу «частицы Бога». Эта гипотетическая частица «отвечает» за наличие массы всех других элементарных частиц. Считается, что все фундаментальные частицы приобретают массу в результате взаимодействия с полем Хиггса.

По сути, масса показывает, сколько вещества содержит любой объект - частица, молекула или, скажем, собака. При отсутствии массы все элементарные частицы, формирующие атомы, двигались бы со световой скоростью и не были бы способны сформировать материю во Вселенной, как мы ее представляем.

4 июля 2012 года физики Европейской организации ядерных исследований (CERN) официально объявили об открытии новой частицы в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере. Это стало одним из важнейших открытий в физике частиц за последние 50 лет. В марте 2013 года появились сообщения от отдельных исследователей CERN, что найденная ранее частица действительно является бозоном Хиггса.

И хотя открытие бозона Хиггса — это и правда огромная сенсация, выяснилось, что наличие этой частицы объясняет существование на удивление небольшой доли массы, которая окружает нас в повседневной жизни.

При всем своем значении бозон Хиггса вовсе не «лежит в основе всей вселенной», а главное, он на самом деле вовсе не лежит в основе нашей собственной массы.

Кроме того, бозон Хиггса никак не объясняет, откуда берется темная материя, количество которой во Вселенной значительно превышает количество обычного вещества: Вселенная состоит из: 74% темной энергии, 22 % — темной материи, 3,6% — межгалактического газа и 0,4% — звёзд.

В 2013 г Франсуа Энглеру и Питеру Хиггсу была присуждена Нобелевская премия "За теоретическое открытие механизма, который вносит свой вклад в наше понимание происхождения массы субатомных частиц, и который недавно был подтвержден открытием предсказанной элементарной частицы, в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе."

В марте 2015 года коллаборации ATLAS и CMS уточнили предыдущие данные по массе бозона: 125.09±0.24 ГэВ, что примерно на 0,2 % точнее предыдущего значения.

 Что такое "Большой Адронный Коллайдер"?

Это сверхпроводящий ускоритель-накопитель, находящийся под землей.

Длина его кольца — 27 км, и всё это кольцо состоит из магнитов, которые удерживают протоны в этом кольце, сверхпроводящих магнитов. На тот момент, когда БАК строился, это было последнее технологическое достижение. Сейчас есть довольно успешные попытки получать более мощное магнитное поле в магнитах. Но в то время это было самое-самое. Вообще, всё, что там делается, — это пик современных технологий, на самом краю человеческих возможностей.

Опубликовать у себя в социальной сети

Похожие публикации

---

Голография

Голография - особый фотографический метод, при котором с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высшей степени похожие на реальные.    Открыть

---

Гражданская война в Канульском царстве майя

Канульское царство, Кануль — государственное образование древних майя. Существовало в I в. до н. э. — Х в. н. э.     Открыть

---