Jumalallinen hiukkanen. Yksinkertaisesti sanottuna: Higgsin bosoni - mikä se on? Higgs-hiukkasen löydön vaikutus kirjallisuuteen, elokuviin ja musiikkiin

Pitkä aika Jäljelle jäävä, niin kutsuttu Jumalan hiukkanen, saadaan lopulta kiinni. Higgsin bosoni oli puuttuva pala palapelissä, jota kutsutaan vakiomalliksi. Tutkijat uskovat, että tämä bosoni on vastuussa hiukkasten massasta. Erityisesti Large Hadron Collider rakennettiin erityisesti Higgsin bosonin etsimiseen, joka selviytyi päätehtävästään. Mutta uusia mysteereitä on noussut tutkijoille: onko todella vain yksi Higgsin bosoni? Lisäksi tämän bosonin löytäminen ei millään tavalla selittänyt pimeän aineen paradoksaalista olemassaoloa, joka on kiehtonut fyysikot viime aikoina.

Fyysikot ovat vihdoin nähneet kuinka alkuainehiukkanen, joka havaittiin ensimmäisen kerran Large Hadron Colliderissa, hajoaa kahdeksi ihanaksi kvarkiksi, eksoottisiksi ja lyhytikäisiksi hiukkasiksi, jotka ilmaantuvat usein korkeaenergisten hiukkasten törmäysten jälkeen. Olemme vasta nyt voineet tarkkailla tätä vaikeasti havaittavaa prosessia, ensimmäistä kertaa kuuteen vuoteen Higgsin bosonin löytämisen jälkeen. Tutkijat kahdesta LHC-kokeesta, ATLAS:sta ja CMS:stä, raportoivat tuloksistaan ​​samanaikaisesti CERNissä 28. elokuuta pidetyssä työpajassa.

Yksi suurimmista mysteereistä fyysikot voivat ratkaista "patjan kaltaisen" aksionikentän, joka läpäisee tilan ja ajan. Kolme fyysikkoa, jotka ovat tehneet yhteistyötä San Franciscon lahden alueella viimeisen kolmen vuoden ajan, ovat kehittäneet uuden ratkaisun heitä vaivanneeseen kysymykseen. tieteenala yli 30 vuotta. Jopa alakoululainen osaa muotoilla tämän syvän arvoituksen, jonka avulla käynnistettiin kokeita tehokkaimmilla hiukkaskiihdyttimillä ja syntyi ristiriitaisia ​​hypoteeseja multiversumista: kuinka magneetti nostaa paperiliitintä vetovoimasta huolimatta. koko planeetta.

- Mitä uusi hiukkanen antaa tutkijoille ja tavallisille ihmisille?

Nykyaikaisen perusfysiikan tärkeimmät kehityssuunnat ovat fysiikka alkuainehiukkasia ja kosmologia - tiede maailmankaikkeuden evoluutiosta. Viimeisen 10–15 vuoden aikana on käynyt selväksi, että mikro- ja makromaailman laitteet liittyvät läheisesti toisiinsa. Yhden alueen löytö antaa vahvan sysäyksen toisen kehitykselle.

Higgsin bosonin löytö antaa tutkijoille mahdollisuuden vahvistaa, että nykyajan fysiikan perusta - standardimalli - on luotettava perusta luonnon ymmärryksemme kehittämiselle. Ennustus Higgs-hiukkasen olemassaolosta ei ole kokeellisesti vahvistettu vuosikymmeniin, mikä oli tumma piste kaikki hiukkasfysiikka. Higgsin bosonin löytö vahvistaa kehityksen valtavirran oikeellisuuden ja kaventaa suuresti vaihtoehtoisten teorioiden mahdollisuuksia sekä mikro- että makromaailmassa. Tämä mahdollistaa budjettivarojen tehokkaamman käytön.

- Missä on mahdollista soveltaa uuden bosonin löytöä?

On liian aikaista puhua siitä. Ensinnäkin on tarpeen tutkia perusteellisesti sen ominaisuuksia ja vasta sitten ajatella sovellusta. Mahdollisuutta käyttää Higgs-hiukkasia selittämään maailmankaikkeuden varhaisimpia muodostumisvaiheita tutkitaan jo. Samoin pimeän energian ilmiö. Viimeinen vielä selittämätön ilmiö havaittiin vuonna 1998, kun havainnoitiin maailmankaikkeuden kirkkaimpien objektien, kvasaarien nopeutettua karkaamista. Tämä vaikutus voidaan selittää vain olettamalla maailmankaikkeuden täyttävän aineen ei aivan tavallisia ominaisuuksia.

- Mitä sysäystä tämä hiukkanen voi antaa uusien teknologioiden kehitykselle?

Tieteen historiasta tiedetään, että perustavanlaatuiset löydöt eivät heti johda uusien teknologioiden syntymiseen. Tunnettu esimerkki on Michael Faradayn löytö sähkömagneettisen induktion laeista, joiden soveltaminen tekniikassa vaikutti erittäin epäilyttävältä. Nyt, lähes 200 vuoden jälkeen, on vaikea kuvitella maailmaamme ilman sähköä. Toinen esimerkki on vuonna 1933 löydetty neutrino, joka on niin heikosti vuorovaikutuksessa aineen kanssa, että se voi kulkea Maan läpi huomaamattaan sitä. Pitkään näytti siltä, ​​että hiukkaselle, jolla on tällainen ominaisuus, olisi vaikea löytää sovellusta. Nyt tutkijat yrittävät kuitenkin jo käyttää neutriinoja välittämään signaaleja tiheiden välineiden kautta ja havaitsemaan ydinreaktioiden jälkiä suurelta etäisyydeltä.

Tilanne on samanlainen Higgs-hiukkasen kanssa. Ilmeisesti täytyy kulua yli tusina vuotta ennen kuin tämän ilmiön soveltamismahdollisuudet teknologiassa tulevat ilmeisiksi. Ensin kehitetään vierekkäisiä tieteenaloja, sitten vaikutus leviää edelleen. Saattaa käydä niin, että vain seuraavat sukupolvet voivat käyttää tämän löydön hedelmiä, aivan kuten me käytämme nyt Faradayn löytöjä.

Kehitys moderni tiede tapahtuu kiihdytetyllä tahdilla ja suurimmassa määrin eri suuntiin. Siten Dubnaan rakennetaan venäläistä raskaan ionin kiihdytintä Nikaa. Se toimii energia-alueella, jota ei kata mikään maailmassa olevista laitoksista, mukaan lukien Large Hadron Collider. Juuri tällä energia-alueella on mahdollisuus saada ydinaineen sekafaasi - tila, jossa ytimestä vapautuvat hiukkaset - kvarkit ja gluonit - ovat samanaikaisesti olemassa. Toistaiseksi kukaan maailmassa ei ole kyennyt "saaliiksi" vapaita kvarkkeja.

Me Quantuzissa (yritetään liittyä GT-yhteisöön) tarjoamme käännöksemme particleadventure.org-sivuston Higgsin bosoniosiosta. Tästä tekstistä olemme jättäneet pois ei-informatiiviset kuvat (katso alkuperäinen versio). Materiaali kiinnostaa kaikkia soveltavan fysiikan viimeisimmistä saavutuksista kiinnostuneita.

Higgsin bosonin rooli

Higgsin bosoni oli viimeinen vakiomallissa löydetty hiukkanen. Tämä on teorian kriittinen osa. Hänen löytönsä auttoi vahvistamaan mekanismin, jolla perushiukkaset hankkivat massaa. Nämä perushiukkaset standardimallissa ovat kvarkit, leptonit ja voimaa kuljettavat hiukkaset.

1964 teoria

Vuonna 1964 kuusi teoreettista fyysikkoa olettivat uuden kentän olemassaolon (samanlainen kuin sähkömagneettinen kenttä), joka täyttää koko avaruuden ja ratkaisee kriittisen ongelman universumin ymmärtämisessämme.

Tästä huolimatta muut fyysikot kehittivät perushiukkasten teorian, jota lopulta kutsuttiin "standardimalliksi", joka tarjosi ilmiömäisen tarkkuuden (joidenkin standardimallin osien kokeellinen tarkkuus on 1:10 miljardia. Tämä vastaa etäisyyden ennustamista New Yorkissa ja San Franciscossa noin 0,4 mm:n tarkkuudella). Nämä pyrkimykset liittyvät läheisesti toisiinsa. Standardimalli tarvitsi mekanismin, jolla hiukkaset hankkivat massaa. Kenttäteoria kehittäneet Peter Higgs, Robert Braut, François Engler, Gerald Guralnik, Carl Hagen ja Thomas Kibble.

bosoni

Peter Higgs ymmärsi sen analogisesti muiden kanssa kvanttikentät tähän uuteen kenttään on liitettävä hiukkanen. Sen spinin on oltava yhtä suuri kuin nolla, ja se on siten bosoni - hiukkanen, jolla on kokonaisluku spin (toisin kuin fermionit, joilla on puolikokonaisluku: 1/2, 3/2 jne.). Itse asiassa se tuli pian tunnetuksi Higgsin bosonina. Hänen ainoa haittansa oli, että kukaan ei nähnyt häntä.

Mikä on bosonin massa?

Valitettavasti teoria, joka ennustaa bosonin, ei täsmentänyt sen massaa. Kului vuosia, ennen kuin kävi selväksi, että Higgsin bosonin on oltava äärimmäisen raskas ja todennäköisesti ennen Large Hadron Collider (LHC) rakennettujen laitosten ulottumattomissa.

Muista, että E=mc 2 :n mukaan mitä suurempi hiukkasen massa on, sitä enemmän energiaa tarvitaan sen luomiseen.

Kun LHC aloitti tietojen keräämisen vuonna 2010, muilla kiihdyttimillä tehdyt kokeet osoittivat, että Higgsin bosonin massan on oltava suurempi kuin 115 GeV/c2. LHC:n kokeiden aikana suunniteltiin etsiä todisteita bosonista massaalueella 115-600 GeV/c2 tai jopa yli 1000 GeV/c2.

Joka vuosi oli mahdollista sulkea pois kokeellisesti suurempimassaiset bosonit. Vuonna 1990 tiedettiin, että halutun massan on oltava suurempi kuin 25 GeV/c2, ja vuonna 2003 kävi ilmi, että se oli suurempi kuin 115 GeV/c2

Törmäykset Large Hadron Colliderissa voivat luoda paljon mielenkiintoisia asioita

Dennis Overbye The New York Timesissa puhuu biljoonaosan sekunnin ehtojen luomisesta uudelleen alkuräjähdys ja sanoo:

« … [räjähdyksen] jäänteitä tässä avaruuden osassa ei ole nähty sen jälkeen, kun universumi jäähtyi 14 miljardia vuotta sitten – elämän kevät on ohikiitävä, yhä uudelleen ja uudelleen kaikissa mahdollisissa muunnelmissaan, ikään kuin maailmankaikkeus osallistuisi oma versio elokuvasta "Groundhog Day"»

Yksi näistä "jäännöksistä" voisi olla Higgsin bosoni. Sen massan on oltava erittäin suuri, ja sen täytyy hajota alle nanosekunnissa.

Ilmoitus

Puolen vuosisadan odotuksen jälkeen draama on jännittynyt. Fyysikot nukkuivat auditorion sisäänkäynnillä ottaakseen paikkansa seminaariin CERNin laboratoriossa Genevessä.

Kymmenen tuhannen mailin päässä, planeetan toisella puolella, arvostetulla alueella kansainvälinen konferenssi hiukkasfysiikkaa Melbournessa satoja tutkijoita kaikkialta maailmasta maapallo kokoontuivat kuuntelemaan seminaarin lähetystä Genevestä.

Mutta ensin, katsotaanpa edellytykset.

Ilotulitus 4. heinäkuuta

4. heinäkuuta 2012 ATLAS- ja CMS-kokeiden johtajat Large Hadron Colliderissa esittelivät uusimmat tulokset Higgsin bosonin etsinnästä. Huhuttiin, että he aikoivat julkaista muutakin kuin vain raportin tuloksista, mutta mitä?

Tietenkin, kun tulokset esiteltiin, molemmat kokeita suorittaneet yhteistyöyritykset ilmoittivat löytäneensä todisteita "Higgsin bosonin" kaltaisen hiukkasen olemassaolosta, jonka massa oli noin 125 GeV. Se oli ehdottomasti hiukkanen, ja jos se ei ole Higgsin bosoni, se on erittäin hyvä jäljitelmä.

Todisteet eivät olleet kyseenalaisia, tutkijoilla oli viisi sigmatulosta, mikä tarkoittaa, että oli vähemmän kuin yksi mahdollisuus miljoonasta, että tiedot olivat vain tilastollinen virhe.

Higgsin bosoni hajoaa muiksi hiukkasiksi

Higgsin bosoni hajoaa muiksi hiukkasiksi lähes välittömästi sen muodostumisen jälkeen, joten voimme vain tarkkailla sen hajoamistuotteita. Yleisimmät hajoamiset (näkemiemme joukossa) on esitetty kuvassa:

Jokainen Higgsin bosonin vaimenemismuoto tunnetaan "hajoamiskanavana" tai "hajoamismoodina". Vaikka bb-moodi on yleinen, monet muut prosessit tuottavat samanlaisia ​​hiukkasia, joten jos tarkkailet bb:n hajoamista, on erittäin vaikea sanoa, ovatko hiukkaset peräisin Higgsin bosonista vai jostain muusta. Sanomme, että bb-vaimennustilassa on "leveä tausta".

Parhaat hajoamiskanavat Higgsin bosonin etsimiseen ovat kahden fotonin ja kahden Z-bosonin kanavat.*

*(Teknisesti 125 GeV:n massaiselle Higgsin bosonille hajoaminen kahdeksi Z-bosoniksi ei ole mahdollista, koska Z-bosonin massa on 91 GeV, joten parin massa on 182 GeV, yli 125 GeV. havaita on hajoaminen Z-bosoniksi ja virtuaaliseksi Z-bosoniksi (Z*), jonka massa on paljon pienempi.)

Higgsin bosonin hajoaminen Z + Z:ksi

Z-bosoneissa on myös useita vaimenemismuotoja, mukaan lukien Z → e+ + e- ja Z → µ+ + µ-.

Z + Z -hajoamismoodi oli melko yksinkertainen ATLAS- ja CMS-kokeissa, kun molemmat Z-bosonit hajosivat toisessa kahdesta moodista (Z → e+ e- tai Z → µ+ µ-). Kuvassa on neljä havaittua Higgsin bosonin hajoamistilaa:

Lopputuloksena on, että joskus tarkkailija näkee (joidenkin sitoutumattomien hiukkasten lisäksi) neljä myonia tai neljä elektronia tai kaksi myonia ja kaksi elektronia.

Miltä Higgsin bosoni näyttäisi ATLAS-ilmaisimessa?

Tässä tapauksessa "suihku" (suihku) näytti laskeutuvan ja Higgsin bosoni nousevan, mutta se hajosi melkein välittömästi. Jokaista törmäyskuvaa kutsutaan "tapahtumaksi".

Esimerkki tapahtumasta, jossa on mahdollinen Higgsin bosonin hajoaminen kauniina animaationa kahden protonin törmäyksestä Large Hadron Colliderissa, voit katsoa lähdesivustolla tästä linkistä.

Tässä tapauksessa Higgsin bosoni voidaan tuottaa ja sitten hajota välittömästi kahdeksi Z-bosoniksi, jotka puolestaan ​​hajoavat välittömästi (jäljelle jää kaksi myonia ja kaksi elektronia).

Mekanismi, joka antaa hiukkasille massaa

Higgsin bosonin löytö on uskomaton vihje mekanismista, jolla perushiukkaset hankkivat massaa, kuten Higgs, Brout, Engler, Gerald, Carl ja Kibble ovat väittäneet. Mikä tämä mekanismi on? Se on hyvin monimutkaista matemaattinen teoria, mutta sen pääidea voidaan ymmärtää yksinkertaisen analogian muodossa.

Kuvittele tila, joka on täynnä Higgsin kenttää, kuin fyysikot, jotka puhuvat rauhallisesti toisilleen cocktailien kanssa...
Yhdessä vaiheessa Peter Higgs astuu sisään ja synnyttää hälinää liikkuessaan huoneen poikki ja vetää joukon faneja joka askeleella...

Ennen huoneeseen tuloaan professori Higgs pystyi liikkumaan vapaasti. Mutta päästyään huoneeseen, joka oli täynnä fyysikoita, hänen vauhtinsa laski. Ryhmä ihailijoita hidasti häntä huoneessa; toisin sanoen hän on saanut massaa. Tämä on analoginen massattomille hiukkasille, jotka hankkivat massaa vuorovaikutuksessa Higgsin kentän kanssa.

Mutta hän halusi vain päästä baariin!

(Analogian idea kuuluu professori David J. Millerille University College Londonista, joka voitti palkinnon Higgsin bosonin helppokäyttöisestä selityksestä - © CERN)

Miten Higgsin bosoni saa oman massansa?

Toisaalta, kun uutiset leviävät ympäri huonetta, he myös muodostavat ihmisryhmiä, mutta tällä kertaa yksinomaan fyysikoista. Tällainen ryhmä voi liikkua hitaasti ympäri huonetta. Kuten muutkin hiukkaset, Higgsin bosoni hankkii massaa yksinkertaisesti olemalla vuorovaikutuksessa Higgsin kentän kanssa.

Higgsin bosonin massan löytäminen

Kuinka löydät Higgsin bosonin massan, jos se hajoaa muiksi hiukkasiksi ennen kuin löydämme sen?

Jos päätät koota polkupyörän ja haluat tietää sen massan, sinun tulee lisätä pyörän osien massat: kaksi pyörää, runko, ohjaustanko, satula jne.

Mutta jos haluat laskea Higgsin bosonin massan hiukkasista, joihin se hajosi, et voi vain lisätä massoja. Miksi ei?

Higgsin bosonin hajoamishiukkasten massojen lisääminen ei toimi, koska näillä hiukkasilla on valtava kineettinen energia verrattuna lepoenergiaan (muistakaa, että levossa olevalla hiukkasella on E = mc 2). Tämä johtuu siitä, että Higgsin bosonin massa on paljon suurempi kuin sen hajoamisen lopputuotteiden massat, joten jäljellä oleva energia menee jonnekin, nimittäin hajoamisen jälkeen ilmestyneiden hiukkasten kineettiseen energiaan. Suhteellisuusteoria käskee meitä käyttämään alla olevaa yhtälöä hiukkasjoukon "invariantin massan" laskemiseen hajoamisen jälkeen, mikä antaa meille "vanhemman", Higgsin bosonin, massan:

E 2 \u003d p 2 c 2 + m 2 c 4

Higgsin bosonin massan löytäminen sen hajoamistuotteista

Quantuz-huomautus: olemme hieman epävarmoja käännöksestä, koska siellä on erikoistermejä. Suosittelemme vertaamaan käännöstä lähteeseen varmuuden vuoksi.

Kun puhumme hajoamisesta, kuten H → Z + Z* → e+ + e- + µ+ + µ-, niin edellä esitetyt neljä mahdollista yhdistelmää voivat olla peräisin sekä Higgsin bosonin hajoamisesta että taustaprosesseista, joten meidän on tarkasteltava näiden yhdistelmien neljän hiukkasen kokonaismassan histogrammia.

Massahistogrammi viittaa siihen, että tarkkailemme suuri määrä tapahtumat ja merkitse näiden tapahtumien lukumäärä, kun lopullinen invariantti massa saadaan. Se näyttää histogrammilta, koska muuttumattomat massa-arvot on jaettu sarakkeisiin. Kunkin sarakkeen korkeus ilmaisee niiden tapahtumien määrän, joissa invariantti massa osuu vastaavalle alueelle.

Voimme kuvitella, että nämä ovat seurausta Higgsin bosonin hajoamisesta, mutta ne eivät ole.

Higgsin bosonitiedot taustalta

Histogrammin punaiset ja violetit alueet osoittavat "taustan", jossa neljän leptonin tapahtumien määrän odotetaan tapahtuvan ilman Higgsin bosonin osallistumista.

Sininen alue (katso animaatio) edustaa "signaali"-ennustetta, jossa neljän leptonin tapahtumien lukumäärä viittaa Higgsin bosonin hajoamisen tulokseen. Signaali on taustan päällä, koska saadaksesi ennustetun tapahtumien kokonaismäärän yksinkertaisesti lasket yhteen kaikki mahdollisten tapahtumien mahdolliset seuraukset.

Mustat pisteet osoittavat havaittujen tapahtumien määrän, kun taas mustat viivat pisteiden läpi edustavat näiden lukujen tilastollista epävarmuutta. Tietojen lisääntyminen (katso seuraava dia) 125 GeV:ssä on merkki uudesta 125 GeV:n hiukkasesta (Higgsin bosonista).

Animaatio Higgsin bosonin tietojen kehityksestä sen kerääntyessä on alkuperäisellä sivustolla.

Higgsin bosonisignaali nousee hitaasti taustan yläpuolelle.

Tietoja Higgsin bosonista, joka hajosi kahdeksi fotoniksi

Hajoaa kahdeksi fotoniksi (H → γ + γ) on vielä laajempi tausta, mutta siitä huolimatta signaali erottuu selvästi.

Tämä on invariantin massan histogrammi Higgsin bosonin hajoamiselle kahdeksi fotoniksi. Kuten näet, tausta on erittäin leveä verrattuna edelliseen juoneeseen. Tämä johtuu siitä, että kaksi fotonia tuottavia prosesseja on paljon enemmän kuin neljä leptonia.

Punainen katkoviiva näyttää taustan ja paksu punainen viiva taustan ja signaalin summan. Näemme, että tiedot ovat hyvin sopusoinnussa uuden hiukkasen kanssa noin 125 GeV.

Ensimmäisten tietojen haitat

Tiedot olivat vakuuttavia, mutta eivät täydellisiä, ja niissä oli merkittäviä puutteita. 4. heinäkuuta 2012 mennessä ei ollut tarpeeksi tilastoja hiukkasen (Higgsin bosonin) hajoamisnopeuden määrittämiseksi. erilaisia ​​settejä vähemmän massiiviset hiukkaset (niin sanotut "haarautumissuhteet"), joita standardimalli ennustaa.

"Haaroitusosuus" on yksinkertaisesti todennäköisyys, että hiukkanen hajoaa tietyn hajoamiskanavan läpi. Nämä suhteet ennustetaan standardimallilla ja mitataan tarkkailemalla toistuvasti samojen hiukkasten hajoamista.

Seuraava kaavio näyttää parhaat haaroitussuhteiden mittaukset, jotka voimme tehdä vuodesta 2013 lähtien. Koska nämä ovat vakiomallin ennustamia mittasuhteita, odotusarvo on 1,0. Pisteet ovat nykyiset mitat. Ilmeisesti virhepalkit (punaiset viivat) ovat edelleen enimmäkseen liian suuria vakavien johtopäätösten tekemiseksi. Nämä segmentit pienenevät, kun uusia tietoja vastaanotetaan ja pisteet voivat mahdollisesti siirtyä.

Mistä tiedät, että henkilö tarkkailee Higgsin bosoniehdokastapahtumaa? On olemassa ainutlaatuisia parametreja, jotka erottuvat tällaisista tapahtumista.

Onko hiukkanen Higgsin bosoni?

Vaikka uuden hiukkasen hajoaminen havaittiin, nopeus, jolla tämä tapahtui, ei ollut vielä selvä 4. heinäkuuta mennessä. Ei edes tiedetty, oliko löydetyllä hiukkasella oikeat kvanttiluvut – eli oliko sillä Higgsin bosonin edellyttämä spin ja pariteetti.

Toisin sanoen 4. heinäkuuta hiukkanen näytti ankalta, mutta meidän piti varmistaa, että se ui kuin ankka ja kvaisee kuin ankka.

Kaikki tulokset ATLAS- ja CMS-kokeista Large Hadron Colliderissa (sekä Fermi Laboratoryn Tevatron Colliderissa) 4. heinäkuuta 2012 jälkeen osoittivat huomattavan yhtäpitävyyden odotettujen haarautumissuhteiden kanssa edellä käsitellyille viidelle vaimennusmoodille ja yhtäpitävyydelle odotetun spinin kanssa. (yhtä nolla) ja pariteetti (yhtä +1), jotka ovat peruskvanttiluvut.

Näillä vaihtoehdoilla on merkitys määrittääkseen, onko uusi hiukkanen todella Higgsin bosoni vai jokin muu odottamaton hiukkanen. Joten kaikki saatavilla olevat todisteet viittaavat Higgsin bosoniin vakiomallista.

Jotkut fyysikot pitivät tätä pettymyksenä! Jos uusi hiukkanen on Higgsin bosoni vakiomallista, niin vakiomalli on olennaisesti valmis. Ainoa mitä nyt voidaan tehdä, on tehdä mittauksia kasvavalla tarkkuudella jo löydetystä.

Mutta jos uusi hiukkanen osoittautuu joksikin, jota standardimalli ei ennusta, se avaa oven monille uusille teorioille ja ideoille testattavaksi. Odottamattomat tulokset vaativat aina uusia selityksiä ja auttavat viemään teoreettista fysiikkaa eteenpäin.

Mistä massa tuli maailmankaikkeudesta?

Tavallisessa aineessa suurin osa massasta on atomeissa, tai tarkemmin sanottuna protoneista ja neutroneista koostuvassa ytimessä.

Protonit ja neutronit koostuvat kolmesta kvarkista, jotka hankkivat massansa vuorovaikutuksessa Higgsin kentän kanssa.

MUTTA… kvarkkien massat tuottavat noin 10 MeV, mikä on noin 1 % protonin ja neutronin massasta. Joten mistä loput massasta tulee?

Osoittautuu, että protonin massa syntyy sen muodostavien kvarkkien kineettisen energian ansiosta. Kuten varmasti tiedät, massa ja energia liittyvät suhteeseen E=mc 2 .

Joten vain pieni osa universumin tavallisen aineen massasta kuuluu Higgsin mekanismiin. Kuitenkin, kuten näemme seuraavassa osiossa, universumi olisi täysin asumiskelvoton ilman Higgsin massaa, eikä kukaan löytäisi Higgsin mekanismia!

Jos Higgsin kenttää ei olisi?

Jos Higgsin kenttää ei olisi, millainen maailmankaikkeus olisi?

Se ei ole niin ilmeistä.

Varmasti mikään ei sitoisi elektroneja atomeissa. Ne lentävät valon nopeudella.

Mutta kvarkeja sitoo vahva vuorovaikutus, eivätkä ne voi olla vapaassa muodossa. Jotkut kvarkkien sidotut tilat ovat saattaneet säilyä, mutta protoneista ja neutroneista ei ole selvää.

Se olisi luultavasti ydinmateriaalia. Ja ehkä se kaikki romahti painovoiman seurauksena.

Fakta, josta olemme täysin varmoja: Universumi olisi kylmä, pimeä ja eloton.
Joten Higgsin bosoni pelastaa meidät kylmästä, pimeästä, elottomasta universumista, jossa ei ole ihmisiä, jotka löytäisivät Higgsin bosonin.

Onko Higgsin bosoni vakiomallin bosoni?

Tiedämme varmasti, että löytämämme hiukkanen on Higgsin bosoni. Tiedämme myös, että se on hyvin samanlainen kuin vakiomallin Higgsin bosoni. Mutta on kaksi seikkaa, joita ei ole vielä todistettu:

1. Huolimatta siitä, että Higgsin bosoni on standardimallista, on pieniä eroja, jotka viittaavat uuden fysiikan olemassaoloon (nyt tuntematon).
2. Higgsin bosoneja on enemmän kuin yksi, ja niiden massat vaihtelevat. Se viittaa myös siihen, että uusia teorioita tutkittavaksi tulee.

Vain aika ja uudet tiedot paljastavat joko vakiomallin ja sen bosonin puhtauden tai jännittäviä uusia fysikaalisia teorioita.

Fyysisten kenttien muodossa olevan mallin rakensivat erittäin pitkään monet fyysikot, jotka tutkivat jatkuvasti maailmankaikkeutta. Tämän mallin kehitys alkoi 1900-luvun 70-luvulla. Sen olemus on yksinkertainen: ilman Higgsin bosonia aineella ei voi olla massaa.

Viimeksi tapahtui kauan odotettu tapahtuma: kuuluisa "Jumalan hiukkanen" löydettiin CERNistä. Ennustus toteutui, ja tiede lähestyi maailmankaikkeuden mysteerin ratkaisemista. Yritetään kuvitella mikä se on. Tätä varten sinun on murennettava pala vaahtoa pöydälle. Jos puhallat päälle saatuja muruja, jotka ovat alkuainehiukkasten analogeja, ne hajoavat helposti. Mutta jos pöydän pinta on peitetty vesikerroksella, murusien levittäminen vaikeutuu. Tässä vertailussa vesi toimii Higgsin kenttänä, ikään kuin antaen muruille massaa. Ja veden pinnan väreistä tulee bosonien analogia, jos puhallat siihen. Ainoa ero on, että tällainen kenttä ei vaikuta hiukkasten liikkeeseen, vaan niiden kiihtyvyyteen.

Higgsin kenttä

Higgsin kenttä vaikuttaa sen läpi kulkeviin hiukkasiin. Esimerkiksi fotonit voivat kulkea tämän kentän läpi täysin vapaasti, mutta muut hiukkaset - W- ja Z-bosonit - hidastuvat. Kaikki, jolla on massaa, on vuorovaikutuksessa Higgsin kentän kanssa. Ja tämä kenttä kattaa koko maailmankaikkeuden avaruuden. Kuten kaikki muutkin kentät, Higgsin kenttä vaatii tietyn hiukkasen, joka kuljettaa vuorovaikutusta ja vaikuttaa tämän kentän hiukkasiin. Tämä kantaja on Higgsin bosoni. Se havaittiin kokeellisesti LHC:ssä 4. heinäkuuta 2012, ja sen massa oli 125–126 GeV/c 2 . Ilman Higgsin kenttää rakennusaineen käsite olisi osoittautunut täysin erilaiseksi, mutta edes nyt paljastunut kuva maailmankaikkeudesta ei voi olla lopullinen eikä selitä kaikkia sen ominaisuuksia. Kosmologia väittää, että suurin osa maailmankaikkeuden aineesta voi koostua täysin erilaisista aineen muodoista. Higgsin bosonin pitäisi auttaa lisätutkimusta näiden muotojen ymmärtämiseksi. Ja jotkut optimistiset tutkijat yrittävät jo käyttää löytöä käytännössä. Esimerkiksi, jos Higgsin kenttä jollakin tavalla poistetaan, kaikki alkuainehiukkaset menettävät massansa. Ehkä se ilmestyy todellinen mahdollisuus luomalla antigravitaatiota. Tosin ei tiedetä, miten tämä voisi käydä, ja onko tämä ylipäänsä mahdollista.

Standardimallissa sallitaan vain yksi Higgsin kenttä, joka määrittää kaikki alkuainehiukkasten massat. Mutta laajennettuja, supersymmetrisiä standardimalleja (SSM) on tulossa. Näissä malleissa jokainen hiukkanen vastaa superpartneria, jolla on läheisesti liittyvät ominaisuudet (sellaisia ​​hiukkasia ei kuitenkaan ole vielä löydetty). CCM vaatii jo vähintään kaksi kenttää, jotka vuorovaikutuksessa hiukkasten kanssa antavat niille massaa. Samat kentät antavat superpartnereille osan massasta. Kaksi Higgsin kenttää voi tuottaa viittä erilaista Higgsin bosonia. Näistä kolmella on neutraali arvo ja kaksi on saanut maksun. Tällaisista vuorovaikutuksista voi syntyä neutriinoja, joiden massat ovat vertaansa vailla pienempiä kuin muiden hiukkasten massat.

Higgsin bosoni - maailmankaikkeuden kuoleman ennakkoedustaja?

Yksi maailman lopun monista versioista perustuu juuri Higgsin bosoniin. Tämän hiukkasen ominaisuudet antavat universumillemme epävakaan tilan, mikä mahdollistaa sen, että sen universumi imeytyy toiseen, vaihtoehtoon. Jonkin ajan kuluttua kvanttivaihteluista johtuen voi ilmaantua tyhjiökupla, josta tulee vaihtoehtoinen universumi ja se tuhoaa meidän. Löydetyn bosonin massan suuruus tekee tällaisesta katastrofista erittäin todellisen. Mutta kaikki ei ole niin pahaa: maailmanloppu tapahtuu valonnopeudella, joten meillä ei todennäköisesti ole aikaa ymmärtää sen seurauksia. Uskotaan, että tämä katastrofi voi puhkeaa milloin tahansa, mutta todennäköisimmin se avautuu hyvin kaukana meistä. Meillä on siis muutaman miljardin vuoden todennäköisyys.

Kuinka ne avautuivat

Tämän hiukkasen etsimiseksi rakennettiin suuri hadronitörmätin. Tämä on luultavasti ihmiskunnan historian kallein projekti, joka sisältää uusimmat tieteelliset ja insinöörin neroja. Vain suurenmoista avaruusprojektit. Noin 27 km pitkässä maanalaisessa renkaassa vetyytimiä - protoneja - kiihdytetään sähkökenttien avulla. Protonisäteet laukeavat vastakkaisiin suuntiin. Kiihdytettynä jättimäisiin nopeuksiin, hieman valon nopeutta pienempään, protonit törmäävät toisiinsa. Protonien hankkima valtava energia vastaa massaa, joten massiivisten hiukkasten törmäysten seurauksena syntyy uusia hiukkasia. Ne ovat erittäin epävakaita ja hajoavat nopeasti. Törmäysjäljet ​​rekisteröivät ja käsittelevät erityiset ilmaisimet. Tutkimalla toistuvasti näiden törmäysten jälkiä ja löytänyt Higgsin bosonin.

Higgsin bosonin löytämisen tärkeyden nykyaikaiselle tieteelle vahvistaa se tosiasia, että sitä on kutsuttu "Jumalan hiukkaseksi".

5. heinäkuuta 2012 14:11 MR
tulostettu versio

Yksinkertaisesti sanottuna Higgsin bosonia voidaan verrata juoruun, joka laukaistiin suuren salin toisesta päästä, ja kaikki siinä olleet alkoivat kuljettaa sitä ketjua pitkin. Higgsin bosoni löydettiin CERNistä (josta mainitaan Da Vinci -koodissa). Fyysikot ympäri maailmaa uskovat jo nyt, että Higgsin bosonin löytö on suurin löytö alkuainehiukkasten maailmassa.

Higgsin bosoni: mikä se on?

Higgsin bosoni yksinkertaisilla sanoilla yritti selittää pitkään. Vuonna 1993 Britannian tiedeministeri William Waldgrave käynnisti kilpailun Higgsin bosonin yksinkertaisimmasta selityksestä. Yleisin versio oli juhlallinen versio. Ymmärtääkseen, mikä Higgsin bosoni on, täytyy kuvitella suuri huone, jossa juhlitaan.

Higgsin bosoni löydetty

Jossain vaiheessa huoneeseen tulee henkilö (esimerkiksi rocktähti), jonka kanssa kaikki haluavat jutella. Kun ihminen liikkuu, useat juhlavieraat seuraavat häntä - saattaa tuntua, että väkijoukkoja seuraa häntä. Samaan aikaan rocktähden liikenopeus on pienempi kuin muiden vieraiden. Juhlavieraat itse voivat yhdistyä ryhmiin - jos juoruista alkaa keskustella väkijoukossa, ihmiset alkavat välittää kuuloa toisilleen muodostaen pieniä tiivistymiä.