На ясен език: Higgs boson - какво е това?

По-просто казано, богът на Хигс е най-скъпата частица някога. Ако за откриването на електрона, например, имаше достатъчно вакуумна тръба и чифт блестящи умове, търсенето на бог на Хигс изискваше създаването на експериментална енергия, която рядко виждате на Земята. Големият адронен ускорител не се нуждае от представяне, тъй като е един от най-известните и успешни научни експерименти, но неговата частица, както преди, е забулена в мистерия за по-голямата част от населението. Нарича се частица от Бога, но благодарение на усилията на буквално хиляди учени, ние вече не трябва да приемаме съществуването му с вяра.

Последното неизвестно

Какво е това? Хигс бозон и каква е важността на неговото откритие? Защо стана обект на толкова много шум, финансиране и дезинформация? По две причини. Първо, това беше последната неизкрита частица, необходима за потвърждаване на Стандартния модел на физиката. Неговото отваряне означава, че цялото поколение научни публикации не е напразно. На второ място, този бозон дава на другите частици своята маса, което му дава специален смисъл и някаква "магия". Ние сме склонни да мислим за масите като присъщо свойство на нещата, но физиците мислят друго. По-просто казано, богът на Хигс е частица, без която масите по принцип не съществуват.

Друго поле

Причината е в така нареченото "Хигс" поле. Той е бил описан преди бозон на Хигс, тъй като физиците го изчисляват за нуждите на собствените си теории и наблюдения, които изискват ново поле, чието действие ще се разпростре върху цялата вселена. Укрепването на хипотези чрез изобретяването на нови компоненти на Вселената е опасно. В миналото, например, това доведе до създаването на етерна теория. Но колкото повече математически изчисления бяха направени, толкова повече физици осъзнаха, че Хигс областта трябва да съществува в действителност. Единственият проблем е липсата на практически възможности за неговото наблюдение.

В стандартния модел на физиката елементарни частици получават маса чрез механизъм, основан на съществуването на полето на Хигс, което прониква във всяко пространство. Той създава богове на Хигс, което изисква много енергия и това е основната причина, поради която учените се нуждаят от съвременни ускорители на частици, за да провеждат експерименти с високи енергии.

Откъде идва масата?

Силата на слабите ядрени взаимодействия намалява бързо с увеличаване на разстоянието. Според квантовата теория на полето, това означава, че частиците, които участват в неговото създаване - W- и Z-bosons - трябва да имат маса, за разлика от глуони и фотони, в които няма маса.

Проблемът е, че теорията на габаритите работи само с безгръбначни елементи. Ако бозоните на габаритите имат маса, тогава такава хипотеза не може да бъде разумно определена. Хигс механизмът избягва този проблем чрез въвеждане на ново поле, наречено полето на Хигс. При високи енергии, бозоните на габаритите нямат маса и хипотезата работи както се очаква. При ниски енергии полето предизвиква разрушаване на симетрия, което позволява на елементите да имат маса.

Какво представлява бозонът на Хигс?

Полето Higgs генерира частици, наречени Higgs bosons. Теорията не определя тяхната маса, но в резултат на експеримента се установява, че тя е равна на 125 GeV. По-просто казано, Хигс бозонът, чрез своето съществуване, най-накрая потвърди Стандартния модел.

Механизмът, полето и бозонът носят името на шотландския учен Питър Хигс. Макар че той не беше първият, който предложи тези понятия и както често се случва във физиката, той просто се оказа, че е в чест на кого са били назовани.

Разграждане на симетрия

Смята се, че Хигсското поле е отговорно за факта, че частиците, които нямат маса, не трябва да го притежават. Това е универсална среда, която улеснява частиците без маса с различни маси. Такова разрушаване на симетрията се обяснява с аналогия с светлината - всички дължини на вълните се движат във вакуум със същата скорост, в призмата всяка дължина на вълната може да се разграничи. Това, разбира се, е неправилна аналогия, тъй като бялата светлина съдържа всички дължини на вълните, но примерът показва как създаването на полето на Хигс от масата се дължи на счупване на симетрията. Prism разгражда симетрията на скоростта на различни дължини на вълната на светлина, те се отделят и поле Higgs се смята за прекъсване на симетрия на масата някои частици, които иначе симетрично безтегловни.

Как да обясним на прост език богинята на Хигс? Само наскоро физиците разбраха, че ако Хигс полета съществува, действието му ще изисква наличието на подходящ носител със свойствата, с които да се наблюдава. Предполага се, че тази частица принадлежи на бозоните. Бозонът Хигс е прост език - това е така наречената носеща сила, същата като фотоните, които са носители на електромагнитното поле на Вселената. Фотони, в известен смисъл, са неговите местни вълнения по същия начин, по който Хигс бозонът е местно възбуждане на неговото поле. Доказателството за наличието на частица с очакваните от физиците свойства всъщност е еквивалентно на пряко доказателство за съществуването на дадено поле.

експеримент

Многогодишното планиране позволи на Large Hadron Collider (LHC) да се превърне в експеримент, достатъчен, за да може потенциално да се отхвърли теорията за боговете на Хигс. 27-километровият пръстен от свръхмощни електромагнити може да ускори заредените частици до значителни пропорции скоростта на светлината, причинявайки сблъсъци с достатъчна сила, за да ги разделят на компоненти и също да деформира пространството около точката на удара. Според изчисленията при сблъскваща енергия с достатъчно високо ниво е възможно бозонът да се зарежда така, че да се разпада и да се наблюдава. Тази енергия е толкова голямо, че някои от тях дори се паникьосал и прогнозира край на света, а други продават фантазията, така че откриването на бозона на Хигс е описан като поглед към заместник измерение.

Окончателно потвърждение

Първоначалните наблюдения сякаш действително опровергават предсказанията и не са открити данни за частици. Някои изследователи, участвали в кампанията за изразходване на милиарди долари, дори се появиха по телевизията и смирено заявиха факта, че опровергаването на научната теория е също толкова важно, колкото нейното потвърждение. След известно време обаче измерванията започнаха да се оформят, а на 14 март 2013 г. CERN официално обяви съществуването на частицата. Има основания да се предположи съществуването на множество бозони, но тази идея се нуждае от допълнително проучване.

Две години след като CERN обяви откриването на частицата, учените, работещи в Large Hadron Collider, биха могли да потвърдят това. От една страна, това стана огромна победа за науката, а от друга, много учени бяха разочаровани. Ако някой се надява, че бозонът на Хигс ще бъде частица, която ще доведе до странни и изненадващи области отвъд Стандартния модел - суперсиметрията, тъмната материя, тъмната енергия - че, за съжаление, това не е така.

Изследване, публикувано в "Природа Физика", потвърждава разпадането на фермиони. Стандартен модел прогнозира, че по-просто казано, богът на Хигс е частица, която дава на фермиони тяхната маса. Космическият детектор на CMS най-накрая потвърди тяхното разпадане в фермиони - долни кварки и тау лептони.

Бозонът на Хигс на ясен език: какво е това?

Това изследване най-сетне потвърди, че това е бозонът на Хигс, прогнозиран от Стандартния модел на елементарната физика на частиците. Той се намира в района на маса и енергия 125 GeV, не е спин, и може да се разпадне на множество светлинни елементи - .. От двойки фотони, фермиони и т.н., защото на това спокойно можем да кажем, че бозонът на Хигс, прост език казано, е частица , давайки много от всичко.

Отрича стандартното поведение на новооткрития елемент. Ако разпадането му е малко по-различно, той ще бъде свързан с фермиони по различен начин и ще се появят нови насоки на изследване. От друга страна, това означава, че не сме преминали нито една стъпка отвъд стандартния модел, който не отчита гравитацията, тъмната енергия, тъмната материя и други странни явления на реалността.

Сега можете само да отгатнете какво са причинени. Най-популярната теория е суперсиметрията, която твърди, че всяка частица от Стандартния модел има невероятно тежък суперкомпонент (т.е. 23% от вселената - тъмна материя). Актуализирането на колактора, като се удвои енергията му от сблъсъци до 13 TeV, вероятно ще позволи да се открият тези суперчастици. В противен случай суперсиметрията ще трябва да чака изграждането на по-мощен наследник на LHC.

Други перспективи

И така, каква ще бъде физика след бозуна на Хигс? LHC наскоро възобнови работата си със значителни подобрения и е в състояние да види всичко от антиматерия до тъмна енергия. Смята се, че това тъмната материя Тя си взаимодейства с нормално само с помощта на гравитацията и чрез създаването на масите, както и стойността на бозона на Хигс е ключ към разбирането на това как работи. Основният недостатък на Стандартния модел е, че той не може да се отчита ефектът на гравитацията - такъв модел може да се нарече Великата единна теория - и някои смятат, че частицата и полето на Хигс може да бъде моста, че физиката, така отчаяно се опитват да се намери.

Беше потвърдено съществуването на богеона "Хигс", но все още е далеч от пълното му разбиране. Дали бъдещите експерименти ще опровергаят суперсиметрията и идеята за нейното разлагане в самата тъмна материя? Или ще потвърдят всичко, до най-малката подробност, предсказанията на стандартния модел за свойствата на богинята Хигс и с това поле на изследване ще бъдат завършени завинаги?