Хиггс и его бозон
«Частица Бога», бозон Хиггса, уже некоторое время эти слова постоянно будоражат СМИ. Открытие, которого так ждут ученые, еще не состоялось, но может быть в ближайшем будущем состоится… или нет. Ученые говорят, что это новое слово в физике и астрономии, да и вообще в науке, «недоученые» толкую о конце света. То и дело после прочтений некоторых статей, в которых чуть ли не открытым текстом говориться, что «Земля налетит на небесную ось», становиться муторно. Но не от самого факта конца света, который к слову, и не факт вовсе, а от того, что человек «ловит» одно слово, потом еще одно и составляет на основе своих эмоций или по недомыслию страшный сюжет, о сути которого сам не подозревает. Целью моей сейчас является рассказ о том, что же это такое «бозон Хиггса».
Бозон Хиггса, или Хиггсовский бозон — теоретически предсказанная элементарная частица, квант поля Хиггса, с необходимостью возникающая в Стандартной Модели вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии. По построению, хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином. Постулирован Питером Хиггсом в 1960 году (по другим данным, в 1964 году), в рамках Стандартной Модели отвечает за массу элементарных частиц.
В теории, при минимальной реализации хиггсовского механизма должен возникать один нейтральный хиггсовский бозон; в расширенных моделях спонтанного нарушения симметрии может возникнуть несколько хиггсовских бозонов различной массы, в том числе и заряженные.
Впрочем, существуют модели, не требующие введения бозона Хиггса для объяснения масс наблюдаемых частиц Стандартной Модели, так называемые бесхиггсовские модели. Отрицательный результат поисков бозона Хиггса послужил бы косвенным аргументом в пользу подобных моделей.
Это официальное описание бозона Хиггса, взятое из «Википедии». Теперь попробуем «на пальцах» разобрать что же это такое и что в нем такого необычного.
Профессор Питер Хиггс в 1964 году предложил гипотезу о существовании бозона, изящно решив одну из сложнейших задач в так называемой «стандартной модели» теоретической физики. Хиггс выдвинул гипотезу, что Вселенная пронизана незримым полем, состоящим из бозонов — частиц, с помощью которых материя обретает массу и тем самым существует в форме. Когда элементарные частицы движутся сквозь это поле, бозоны фактически «прилипают» к некоторым из них, увеличивая их массу, а другим позволяют лететь, не обременяя их. Например, фотоны — частицы света, не имеющие массы, — не испытывают на себе влияния поля Хиггса. Предполагается, что обнаружение этой частицы поможет получить ответы на многие вопросы. Например, что именно произошло во время Большого взрыва? Как во Вселенной появился свет? И почему у материи есть масса?
Поиски бозона в Европейском центре ядерных исследований на Большом электрон-позитронном коллайдере (LEP) не увенчались успехом: были зафиксированы три события-кандидата на детекторе ALEPH при массе 114 ГэВ, два — на DELPHI и одно — на L3. Такое количество событий приблизительно соответствовало ожидавшемуся уровню фона. Предполагается, что вопрос о существовании бозона Хиггса прояснится окончательно после вступления в строй и нескольких лет работы Большого адронного коллайдера (LHC).
В 2004 году была проведена повторная обработка данных эксперимента D0 по определению массы t-кварка, проводившегося на синхротроне Тэватрон, в ходе этой обработки была получена уточнённая оценка массы, что привело к переоценке верхней границы массы бозона Хиггса до 251 ГэВ.
В 2010 году в ходе экспериентов на Тэватроне исследовательской группой DZero было обнаружено 1-процентное отклонение результатов от теоретически предсказанных стандартной моделью. Вскоре было объявлено о том что причиной расхождения могло стать существование не одного, а пяти бозонов Хиггса — в рамках теории суперсимметрии могут существовать заряженные положительно и отрицательно, скалярные (легкий и тяжелый) и псевдоскалярный бозоны. Ожидается, что подтвердить или опровергнуть данную гипотезу помогут эксперименты на большом адронном коллайдере.
Я не спроста выделил кусок текста выше жирным курсивом, а с умыслом, чтобы Вы на него обратили внимание и сказали — «Тю, так всегда пишут. Одна и та же замусоленная фраза!». Вот именно — эту фразу «журналисты» уже затаскали до дыр, большинство из них только и могут, что переписывать ее из одной статьи в другую. Есть ли среди Вас те, кто еще не заметил каким образом пишутся статьи в интернет-СМИ на тему коллайдеров и экспериментах на них? Если есть, я наведу на мысль: механизм таков — появляется новость из недр, скажем БАКа или Тэватрона, мол «кто-то пукнул и что-то засветилось» или «птица уронила булку в коллайдер», это новость длинной в одно предложение обрамляют сверху описанием того, для чего нужен БАК, а снизу пишут о том, что БАК запущен тогда-то и пересказывают всю его историю поломок. Так рождается сенсация, в которой из нового 3-5 слов, склеенных в сумбурное предложение. Так к чему я веду, к тому что постоянно перечитывая одну и ту же фразу, люди не понимая, что это такое, придумывают себе страшные картины будущего.
Но есть в «тырнете» сайт — «Элементы. Элементы большой науки«, на нем сложно и путано для непосвященного ума, но достоверно и грамотно рассказывается о том, что такое БАК, Тэватрон и для чего они нужны. Вот на основе материалов этого сайта я постараюсь рассказать, для чего нужен бозон Хиггса.
Современная теория элементарных частиц опирается на некую теорию, которая называется — электрослабой симметрией. Считается, что эта симметрия была в ранней Вселенной и из-за нее частицы были поначалу безмассовы, но на каком-то этапе она самопроизвольно нарушилась, и частицы приобрели массу. Проще говоря, давно, очень давно, «когда отели были поменьше, а казались огромными», во Вселенной не было частиц с массой, не пытайтесь понять это примите это на веру как факт, но что-то произошло и частицы обрели массу — у них появились граммы и тонны. Ученые как всегда выдумали (именно выдумали!) хиггсовский механизм, который объясняет нарушение электрослабой симметрии. Вот для этого и нужен большой адронный коллайдер — чтобы изучить этот механизм. А для изучения механизма нужно получить хотя бы его часть — хиггсовский бозон. Если этот бозон будет найден и изучен, физики узнают, как протекало нарушение симметрии, и даже, возможно, создадут новую, более глубокую теорию нашего мира. Если этот бозон не будет найден (ни в каком виде!), то потребуется серьезный пересмотр Стандартной модели элементарных частиц, поскольку без хиггсовского механизма она работать не может — то есть то, что придумали ученые, опираясь на призрачную теорию Хиггса, не будет иметь почвы и разрушиться.
Но, как и ожидалось, пока что все проведенные эксперименты не смогли справиться с этой задачей из-за недостаточно большой энергии частиц, а может из-за того, что задача сама недостижима, потому как является выдумкой ученых. Конечно и Тэватрон, и БАК уже принесли свои плоды — ученые, как дети забавляются с коллайдерами, как с игрушками и находят подтверждения разным теориям, от которых, по большому счету никакого толку нет, разве что кто-то получит Нобелевскую премию.
На этом я с Вами не надолго прощаюсь. Несколько бессонных ночей в интернете дают о себе знать.
Хотел вызвать у людей положительные эмоции… А вызвал панику, проституток, наряд полиции и сатану.
Метки: бозон Хиггса
Писано 24.07.2010
