Что такое бозон хиггса? открытие «частицы бога» в большом адронном коллайдере

Стандартная модель и бозон Хиггса

Начнем с самого начала. Частицы делятся на бозоны и фермионы. Бозоны – это частицы с целым спином. Фермионы — с полуцелым.

Понятно? Не очень. Чтобы стало понятнее, нужно рассказать про Стандартную модель.

Питер Хиггс, предсказавший существование бозона Хиггса.

Стандартная модель – одна из основных современных моделей описания мира. Она описывает взаимодействие элементарных частиц. Как мы знаем, в мире есть 4 фундаментальных взаимодействия: гравитационное, сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное мы сразу не рассматриваем, т.к. оно имеет иную природу и не входит в модель. А вот сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия описываются в рамках стандартной модели. Причем, согласно этой теории вещество состоит из 12 фундаментальных элементарных частиц-фермионов. Бозоны же являются переносчиками взаимодействий. Оформить дипломную работу на заказ вы можете прямо у нас на сайте.

Стандартная модель. Частицы.

Так вот, из всех частиц, предсказанных в рамках стандартной модели, не обнаруженным экспериментально оставался бозон Хиггса. Согласно Стандартной модели этот бозон, являясь квантом поля Хиггса, отвечает за то, что у элементарных частиц есть масса. Представим, что частицы – это бильярдные шары, помещенные на сукно стола. В данном случае сукно – это и есть поле Хиггса, обеспечивающее массу частиц.

Открытие

Как мы написали вначале, бозон Хиггса сперва был открыт теоретически британским физиком Питером Хиггсом, который предположил, что в процессе механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии в стандартной модели физики элементарных частиц замешана некая еще не известная до того элементарная частичка. Случилось это в 1964 году, сразу после этого начались поиски реального существования этой элементарной частицы, правда, долгие годы они терпели фиаско. Из-за этого некоторые ученные в шутку стали называть бозон Хиггса – «проклятой частичкой» или «частичкой Бога».

И вот, чтобы подтвердить или опровергнуть существования этой загадочной «частички Бога» в 2012 году был построен Большой адронный коллайдер, представляющий собой гигантский ускоритель элементарных частиц. Опыты на нем экспериментально подтвердили существование бозона Хиггса, а сам первооткрыватель частицы, Питер Хиггс в 2013 году стал лауреатом нобелевской премии по физики за это открытие.

Возвращаясь к нашей аналогии про бильярдный стол, чтобы увидеть бозон Хиггса, физикам необходимо было с должной силой ударить по этой клейкой массе, которая лежит на столе, чтобы получить из нее пузырек, собственно бозон Хиггса. Так вот, ускорители элементарных частиц прошлого ХХ века были не настолько мощными, чтобы обеспечить «удар по столу» должной силы, и только Большой адронный коллайдер, созданный в начале уже нашего ХХІ века, что называется помог физикам «стукнуть по столу» с надлежащей силой и воочию лицезреть «частичку Бога».

«Стандартная модель» устройства вселенной

Для того, чтобы понять, что такое бозон Хиггса, нам придется обратиться к одной из самых известных теорий, описывающих то, как работает космос: Стандартной модели.

Эта модель пришла к нам в виде физических частиц, полей, которое физики постепенно заполняли строительными блоками по мере исследования Вселенной. Это происходило на протяжении веков и люди достигли существенного прогресса. Сначала мы обнаружили атомы, потом протоны, нейтроны и электроны, и наконец — кварки и лептоны (о них подробнее позже).

Да, можно смести все эти фигуры с доски и сдаться квантовой механике, но физики упорно держатся за Стандартную модель, многие из них ее уже ненавидят и хотят опровержения, которое позволит найти более удобную и красивую теорию о том, как построен мир элементарных частиц. Но пока безуспешно, и открытие бозона Хиггса еще более оттянуло тщательный пересмотр СМ.

Как говорится, ежики плакали и кололись, но продолжали есть кактус. В конце концов, Стандартная модель дает нам глубокое представление о типах материи и сил, более глубокое, чем любая другая физическая теория.

Стандартная модель была разработана в 1970-х годах. Вот вся суть СМ в нескольких предложениях: наша вселенная состоит из 12 различных частиц материи и четырех сил. Среди этих 12 частиц есть шесть кварков и шесть лептонов. Кварки образуют протоны и нейтроны, а члены семьи лептонов включают электрон и электронное нейтрино — его нейтрально заряженный антагонист.

Ученые полагают, что лептоны и кварки являются неделимыми: их нельзя разбить на более мелкие частицы. Наряду с этими частицами, Стандартная модель описывает четыре фундаментальных силы: гравитацию, электромагнитое, сильное и слабое взаимодействие.

Как теория, Стандартная модель работает хорошо, несмотря на ее неспособность вписаться в гравитацию. Благодаря этому, физики предсказали существование определенных частиц до того, как те были обнаружены экспериментально. И вот, на горизонте появился бозон Хиггса. Давайте выясним, как эта частица вписывается в Стандартную модель и Вселенную в целом.

Предисловие

То, что происходит в микромире, весьма трудно воспринимается человеческим разумом. Вы же знаете, что такое электроны? Большинство из вас еще со школьной скамьи представляет их себе, как маленькие шарики, что вращаются вокруг ядра. Протоны и нейтроны? Это тоже шарики, да?

Те, кто когда-то пытался немного разобраться с квантовой механикой, представляет себе элементарные частицы, как облачка. Когда кто-то видит текст «любая элементарная частица одновременно является волной», то в голове тут же возникает образ волны на море или на глади озера, куда был брошен камень.

Если человеку сказать, что частица — это событие в пределах некоторого поля, то тут же представляется какой-то промежуток из воспоминания или будущее событие, а в голове «гудит поле», как трансформаторная будка.

Дело в том, что такие слова, как частица, волна и поле на микроуровне не совсем корректно отражают реальность и представить их себе, сравнивая с обычными природными явлениями — некорректно. Поэтому попытайтесь отсеивать любые визуальные образы, так как они будут неверными и помешают пониманию.

Нужно принимать тот факт, что частицы в принципе не являются чем-то, что можно «пощупать», но так как мы люди и тактильное познание мира нам свойственно, то придется бороться с собственными инстинктами для понимания вопроса.

Электроны, фотоны или бозон Хиггса не являются одновременно частицей и волной. Они вообще нечто промежуточное и для этого нет подходящего слова (оно и не нужно). Человечество знает, как с ними работать, мы умеем проводить расчеты, но подобрать слово, которое бы описало мысленный образ… это проблематично. Дело в том, что эти штуки, которые являются элементарными частицами, в привычном мире невозможно сравнить хоть с чем-то. Это совершенно иной мир. Микромир.

Как искали бозон Хиггса?

На вопрос, когда открыли бозон Хиггса, нельзя ответить точно. Ведь теоретически его предсказали в 1964 году, а подтвердили существование экспериментально только в 2012. И все это время неуловимый бозон искали! Искали долго и упорно. До БАК в ЦЕРНе работал другой ускоритель, электрон-позитронный коллайдер. Также был Теватрон в Иллинойсе, но и его мощностей не хватило для выполнения задачи, хотя эксперименты, конечно же, дали определенные результаты.

Дело в том, что бозон Хиггса – частица тяжелая, и обнаружить его очень непросто. Суть эксперимента проста, сложна реализация и интерпретация результатов. Берутся два протона на околосветовой скорости и сталкиваются лоб в лоб. Протоны, состоящие из кварков и антикварков, от такого мощного столкновения разваливаются и появляется множество вторичных частиц. Именно среди них и искали бозон Хиггса.

Поиски бозона Хиггса

Проблема еще и в том, что подтвердить существование этого бозона можно лишь косвенно. Период, в который существует бозон Хиггса, крайне мал, как и расстояние между точками исчезновения и возникновения. Измерить такие время и расстояние напрямую невозможно. Зато Хиггс не исчезает бесследно, и его можно вычислить по «продуктам распада».

Хотя такой поиск очень похож на поиск иголки в стоге сена. И даже не в одном, а в целом поле стогов. Дело в том, что бозон Хиггса распадается с разной вероятностью на разные «наборы» частиц. Это может быть пара кварк-антикварк, W-бозоны или самые массивные лептоны, тау-частицы. В одних случаях эти распады крайне трудно отличить от распадов других частиц, а не именно Хиггса. В других – невозможно достоверно зафиксировать детекторами. Несмотря на то что детекторы БАК – самые точные и мощные измерительные приборы, созданные людьми, они могут измерить не все.  Лучше всего фиксируется детекторами превращение Хиггса в четыре лептона. Однако вероятность этого события очень мала — всего 0,013%.

Детектор ATLAS

Тем не менее, за полгода экспериментов, когда за одну секунду в коллайдере происходят сотни миллионов столкновений протонов, было выявлено целых 5 таких  четырехлептонных случаев. Причем зафиксированы они были на двух разных детекторах-гигантах: ATLAS и CMS. Согласно независимому расчету с данными одного и другого детектора, масса частицы составляла примерно 125ГэВ, что соответствует теоретическому предсказанию для бозона Хиггса.

Для полного и точного подтверждения того, что обнаруженная частица была именно именно бозоном Хиггса, пришлось провести еще очень много опытов. И несмотря на то, что сейчас бозон Хиггса обнаружен, эксперименты в ряде случаев расходятся с теорией, так что Стандартная модель, как считают многие ученые, скорее всего является частью более совершенной теории, которую еще предстоит открыть.

Детекторы БАК

Открытие бозона Хиггса, определенно, одно из главных открытий 21 века. Его открытие — огромный шаг в понимании устройства мира. Если бы не он,  все частицы были  бы безмассовыми, как фотоны, не существовало бы ничего, из чего состоит наша материальная Вселенная. Бозон Хиггса — шаг к пониманию того, как устроена вселенная. Бозон Хиггса даже назвали частицей бога или проклятой частицей. Впрочем, сами ученые предпочитают называть его бозоном бутылки шампанского. Ведь такое событие, как открытие бозона Хиггса, можно отмечать годами.

Друзья, сегодня мы взрывали мозг бозоном Хиггса. А если Вы уже устали взрывать свой мозг бесконечными рутинными или непосильными заданиями по учебе, обратитесь за помощью к авторам нашей компании. Как всегда мы поможем Вам быстро и качественно решить любой вопрос.

Открытый бозон и космический апокалипсис

Открытие этой частицы считается одним из самых важных за всю историю человечества. Эксперименты с этим бозоном продолжаются, а ученые получают новые результаты. Одним из них стал тот факт, что бозон может привести Вселенную к гибели. Причем этот процесс уже начался (согласно мнению ученых). Суть проблемы заключается в следующем: бозон Хиггса может сколлапсировать самостоятельно в какой-либо части Вселенной. Это создаст энергетический пузырь, который постепенно распространится, поглощая все на своем пути.

На вопрос, будет ли конец света, каждый ученый отвечает положительно. Дело в том, что существует теория, которая называется «Звездная модель». В ней постулируется очевидное утверждение: все имеет свое начало и свой конец. Согласно современным представлениям, конец Вселенной будет выглядеть следующим образом: ускоренное расширение Вселенной приводит к распылению материи в пространстве. Этот процесс будет продолжаться, пока не погаснет последняя звезда, после этого Вселенная погрузится в вечный мрак. Через сколько это произойдет, никто не знает.

С открытием бозона Хиггса появилась еще одна теория конца света. Дело в том, что некоторые физики считают, что полученная масса бозона является одной из возможных временных масс, существуют другие ее значения. Эти значения массы также могут реализоваться, поскольку (говоря простым языком) бозон Хиггса — это элементарная частица, которая может проявлять волновые свойства. То есть существует вероятность его перехода в более устойчивое состояние, соответствующее большей массе. Если такой переход произойдет, то все, известные человеку природные законы, приобретут другой вид, поэтому наступит конец известной нам Вселенной. Кроме того, данный процесс уже мог произойти в какой-либо части Вселенной. Человечеству остается не так много времени для своего существования.

Спин и четность

Для подтверждения того, что найденная частица является хиггсовским бозоном, требуется также проверить, что ее спин равен нулю, а четность — положительна (то есть это истинный скаляр). Это можно сделать, вычислив угловые распределения продуктов распада частиц с разными спинами и четностями и затем сравнив их с полученными в эксперименте данными.

Производство и распад

Пример жизненного цикла Z-бозона согласно диффузии Бхабхи .

Самый простой способ образования Z-бозона — это тот, который включает электрон-позитронные столкновения, метод, выбранный для эксперимента LEP ALEPH . Он имеет несколько режимов распада, которые могут быть:

• из адронов или
• пары, состоящие из фермиона и его античастицы (что касается W-бозона , единственный фермион, который не может образоваться при распаде Z, — это топ-кварк ).

Другой способ рождения Z-бозона — это распад бозона Хиггса на два Z (см. Эксперименты CMS и ATLAS на LHC ). Затем два Z распадаются на два лептона + два нейтрино или на четыре лептона — обычно мюоны — этот последний способ обнаружения иногда называют «  золотым каналом  ».

Согласно теореме Янга-Ландау , Z-бозон не может распадаться на пару фотонов, потому что его спин равен 1. Более того, из-за сохранения электрического заряда он может распадаться только на пару фотонов. нейтральные или противоположные заряды (то есть пара частица-античастица в последнем случае). Всего существует 24 моды распада Z-бозона по системам: лептон-антилептон, нейтрино-антинейтрино или кварк-антикварк; с соответствующей вероятностью возникновения примерно 10  % , 20  % и 70  % .

Случайные и реальные события

В физике элементарных частиц существование того или иного события оценивается с определенной вероятностью «сигма», которая определяет случайность или реальность этого события, полученного в эксперименте. Чтобы увеличить вероятность какого-либо события, необходимо проанализировать большое число данных. Поиски и открытие бозона Хиггса относятся к подобного рода вероятным событиям. Для обнаружения этой частицы в БАК генерировалось около 300 млн столкновений за одну секунду, таким образом количество данных, которое нужно было проанализировать, являлось огромным.

Можно говорить о реальном наблюдении конкретного события с уверенностью, если его «сигма» будет равна 5 и больше. Это эквивалентно событию с монетой (если ее подбросить, и она 20 раз подряд упадет решкой). Такой результат соответствует вероятности менее 0,00006%.

Как только обнаружено это «новое» реальное событие, необходимо детально его изучить, ответив на вопрос, точно это событие соответствует частице Хиггса или это какая-то другая частица. Для этого необходимо тщательно изучать свойства продуктов распада этой новой частицы и сравнивать их с результатами теоретических предсказаний.

Что такое бозоны и элементарные частицы?

Бозоны — это частицы, которые переносят взаимодействие между другими частицами, таким образом, любое притяжение или отталкивание между частицами происходит за счёт того, что они обмениваются бозонами.

Бозон Хиггса был последней частицей открытой в Стандартной Модели. Это критический компонент теории. Его открытие помогло подтвердить механизм того, как фундаментальные частицы приобретают массу. Эти фундаментальные частицы в Стандартной Модели являются кварками, лептонами и частицами-переносчиками силы.

Существует несколько разновидностей бозонов. Так к примеру широко известный фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия, глюон — сильного взаимодействия, а W- и Z-бозоны — слабого взаимодействия.

Согласно современным представлениям бозоны не должны иметь инертной массы, однако, W- и Z-бозоны ею обладают. Для объяснения этого явления британский физик Питер Хиггс постулировал существование некоего поля, получившего впоследствии его имя, из-за взаимодействия с которым W- и Z-бозоны приобретают инертную массу.

Это можно сравнить с пенопластовыми шариками, рассыпанными на поверхности стола, достаточно лёгкого дуновения ветра и их сметёт, а вот если рассыпать их на поверхность воды, то их движение будет замедленно, для W- и Z-бозонов роль воды выполняет поле Хиггса.

Квантами этого поля являются бозоны Хиггса, причём их может быть несколько видов и именно через них происходит взаимодействие поля с W- и Z- бозонами. На основе этого предположения были разработаны различные модели, описывающий этот бозон, но ни одна из них не могла предсказать его энергию.

В связи с этим поиски бозона Хиггса очень затянулись, учёным пришлось буквально перебирать все возможные варианты. Параллельно развивались модели без бозона Хиггса и между сторонниками двух подходов шли жаркие споры. Наконец в 2012 году на Большом Адронном Коллайдере был обнаружен первый кандидат в бозоны Хиггса с энергией 126 ГэВ, а в 2013 появились сообщения подтверждающие, что это действительно бозон Хиггса.

Теория 1964-го года

В 1964 году шестеро физиков-теоретиков выдвинули гипотезу существования нового поля (подобно электромагнитному), которым заполнено все пространство и решает критическую проблему в нашем понимании вселенной.

Независимо от этого другие физики построили теорию фундаментальных частиц, названную в итоге «Стандартной Моделью», которая обеспечивала феноменальную точность (экспериментальная точность некоторых частей Стандартной Модели достигает 1 к 10 миллиардам. Это равнозначно предсказанию расстояния между Нью-Йорком и Сан-Франциско с точностью около 0.4 мм). Эти усилия оказались тесно взаимосвязаны.

Стандартная Модель нуждалась в механизме приобретения частицами массы. Полевую теорию разработали Питер Хиггс, Роберт Браут, Франсуа Энглер, Джералд Гуралник, Карл Хаген и Томас Киббл.

Какова масса бозона?

К несчастью, теория, предсказывающая бозон, не уточняла его массу. Прошли годы, пока не стало ясно, что бозон Хиггса должен быть экстремально тяжелым и, скорее всего, за пределами досягаемости для установок, построенных до Большого Адронного Коллайдера (БАК).

Помните, что согласно E=mc2, чем больше масса частицы, тем больше энергии надо для ее создания.

В то время, когда БАК начал сбор данных в 2010, эксперименты на других ускорителях показали, что масса бозона Хиггса должна быть больше, чем 115 ГэВ/с2. В ходе опытов на БАК планировалось искать доказательства бозона в интервале масс 115-600 ГэВ/с2 или даже выше, чем 1000 ГэВ/с2.

Каждый год экспериментально удавалось исключать бозоны с бОльшими массами. В 1990 было известно, что искомая масса должна быть больше 25 ГэВ/с2, а в 2003 выяснилось, что больше 115 ГэВ/с2.

Стандартная модель

Для начала поговорим немного о физике элементарных частиц. Если говорить более конкретно — о так называемой Стандартной Модели. Что же это такое? Стандартная Модель — это свод законов физики элементарных частиц в понимании современных ученых. С помощью этой теории мы можем объяснить (почти все) свойства материи и сил, которые существуют вокруг нас

Очень важно знать, что в Стандартной Модели есть две основные категории: фермионы и бозоны

Фермионы — это материя. Это протоны и нейтроны, которые состоят из кварков. Это лептоны, которые являются неделимыми частицами, их представителями являются электроны и нейтрино. То есть все, к чему Вы можете прикоснуться, состоит из фермионов. Это пока самая простая часть. Мы все поняли, что физический мир состоит из фермионов. Но какую роль тогда играют бозоны? Это тоже элементарные частицы. Они отвечают за все фундаментальные взаимодействия во Вселенной. Наиболее известным их представителем является, вероятно, фотон. Он передает электромагнитную силу. Еще есть глюон, который отвечает за сильное ядерное взаимодействие. А еще W и Z-бозоны, которые организуют слабое ядерное взаимодействие.

Всего во Вселенной существует четыре фундаментальных взаимодействия: это электромагнитная сила (для которой мы имеем фотон), сильное ядерное взаимодействие (глюон), слабое ядерное взаимодействие (бозоны W и Z) и гравитация. Но, как ни странно, мы до сих пор еще не нашли бозон, отвечающий за гравитацию. И его открытие (или открытие, что его действительно не существует) — то, чего мы еще не достигли.

Вот таким вот образом Стандартная Модель объясняет законы природы, когда мы наблюдаем их вокруг нас.

Почему бозон Хиггса называют ”частицей Бога”

С 2008 год ученые подкованы поисках ”Частицы Бога” (одно из названий бозона Хиггса). Так ее называют по предложению Леона Ледермана, который был нобелевским лауреатом и выпустил книгу с заголовком, начинающимся с этих слов. Хотя самому ученому больше по душе было название ”Проклятая частица”, но оно как-то не прижилось.

Благодаря этому американскому ученому бозон Хиггса стали называть именно так.

Как говорится, ”хоть чертом лысым назови”, но частицу в итоге нашли и произошло это в 2012 году. Помог в обнаружении как раз тот самый Большой адронный коллайдер

При этом после обнаружения ученые сообщили об этом, но не торопились делать поспешных выводов и выступали очень осторожно. В первые дни после эксперимента ученые говорили, что они только нашли элементарную частицу, похожую на бозон Хиггса

Темный мир темной материи

«Мы знаем наверняка, что существует темный мир и в нем больше энергии, чем в нашем», говорит Лянь-Тао Вонг, профессор физики Чикагского университета, исследующий поиск сигналов в больших ускорителях частиц вроде БАК. Работа была опубликована в Physical Review Letters.

Хотя темный мир составляет больше 95% Вселенной, ученые знают о его существовании только по эффектам, которые он оказывает — вроде полтергейста, который видно только если что-то сдвигается на полке или когда моргает свет. Например, мы знаем о существовании темной материи, потому что видим ее гравитационное воздействие — она помогает нашим галактикам не разлетаться на части.

Теоретики полагают, что есть один особенный вид темной частицы, которая может периодически взаимодействовать с обычным веществом. Она будет тяжелее и существовать будет дольше других известных частиц — до одной десятой секунды. По мнению ученых, несколько раз в десятилетие такая частица может попасться в столкновениях протонов на БАК, которые происходят и измеряются постоянно.

«Одна особенно интересная возможность состоит в том, что эти долгоживущие темные частицы каким-то образом связаны с бозоном Хиггса — что Хиггс на самом деле является порталом в темный мир», говорит Вонг, имея в виду последнюю обнаруженную физиками частицу в великой теории работы Вселенной. Бозон Хиггса обнаружили на БАК в 2012 году. «Возможно, Хиггс действительно может распадаться на эти долгоживущие частицы».

Единственная проблема состоит в том, чтобы отделить эти события от остальных; в 27-километровом БАК происходит больше миллиарда столкновений в секунду, и каждое из них посылает субатомные брызги во всех направлениях.

Ученые предложили новый способ поиска, использующий один конкретный аспект такой темной частицы. «Если она настолько тяжелая, ее производство требует затрат энергии, поэтому импульс не будет большим — она будет двигаться медленнее скорости света», говорит Цзя Лю, первый автор исследования.

Эта временная задержка выделит ее на фоне остальных частиц. Ученым понадобится лишь подправить систему для поиска производимых частиц. Разница лежит в пределах наносекунды — одной миллиардной доли секунды — или меньше. Но БАК уже обладает достаточно хитроумными детекторами, чтобы уловить эту разницу; недавнее исследование с использованием данных, собранных в ходе последнего пуска коллайдера, показало, что этот метод должен работать, плюс детекторы станут еще чувствительнее после грядущей модернизации.

«Мы ожидаем, что этот метод увеличит нашу чувствительность к долгоживущим темным частицам на несколько порядков — при этом используя те возможности, которые уже имеются у БАК», говорит Лю. Экспериментаторы уже работают над созданием ловушки. Когда БАК снова включится в 2021 году, после увеличения светимости в 10 раз, все три основных детектора будет оснащены новой системой.

«Мы думаем, что есть большой потенциал для открытия. Если частица есть, у нас будет способ ее извлечь».

Думаете, найдут? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Проблема тонкой настройки

В то время, когда БЭПК еще работал, Стандартная модель использовалась для интерпретации его данных. Был собран арсенал частиц, от прелестного до W-бозона, но Кранмер и другие не нашли никаких признаков Хиггса. Разумеется, они начали переживать: если бозон Хиггса не существовал, какая часть остальной Стандартной модели была удобным вымыслом?

У этой модели была по крайней мере еще одна проблема, помимо недостающего Хиггса: чтобы вещество могло образовать планеты и звезды; чтобы фундаментальные силы были достаточно сильны, чтобы удерживать вещи вместе, но достаточно слабы, чтобы не дать им коллапсировать совсем, должна была произойти некая абсурдная, но удачная отмена (когда две эквивалентные единицы с противоположным знаком объединяются и образуют ноль) в некоторых основополагающих формулах. Она привела к так называемой «тонкой настройке», а ее шансы, по мнению Флипа Танедо из Калифорнийского университета в Ирвине, примерно равны тому, что в аду выживет снежок. Будто каждая молекула разгоряченного воздуха проходит мимо этого снежка, не давая ему растаять, и все это благодаря некой случайности.

Потому Кранмер очень взволновался, когда узнал о новой модели, которая могла бы объяснить проблему тонкой настройки и выявить присутствие бозона Хиггса. Дополнение к Стандартной модели под названием MSSM предложило несколько новых фундаментальных частиц. Отмена, которая казалась такой случайной, объяснилась существованием новых частиц. Эти новые частицы взаимодействовали с бозоном Хиггса, давая ему скрытый путь к распаду, который прошел бы незамеченным для БЭПК.

Если эта новая теория оказалась бы верной, доказательство бозона Хиггса, вероятнее всего, было в старых данных БЭПК. И у Кранмера были нужные инструменты для его поиска: у него был опыт работы со старым коллайдером и два амбициозных ученика. Таким образом, он послал своего аспиранта Джеймса Бичема для извлечения данных с магнитных лент, лежащих на складах за пределами Женевы, и поручил Итаю Явину проработать детали новой модели. Кропотливо расшифровав пыльный код FORTRAN в первом эксперименте и выудив нужную информацию с лент, они вернули данные к жизни.

Вот что хотела увидеть команда в данных БЭПК.

Во-первых, электрон и позитрон сталкиваются друг с другом, а их энергия преобразуется в материю хиггсовского бозона. Затем Хиггс распадается на две альфа-частицы — предсказанные суперсимметрией, но еще не замеченные — которые разлетаются в противоположных  направлениях. Спустя доли секунды каждая из двух альфа-частиц распадается на две тау-частицы. Каждая из четырех тау-частиц распадается на более легкие частицы вроде электронов и пионов, которые живут достаточно долго, чтобы попасть в детектор.

По мере того, как легкие частицы проходили через множество слоев детектора, собиралась подробная информация об их траектории. Тау-частица могла появиться в данных несколько таких траекторий. Подобно фейерверку, летящему в небо, тау-частицу можно было определить по сияющим дугам, усеянным частицами ракеты. Хиггс же, в свою очередь, выглядел бы как созвездие легких частиц, указывающих на четыре одновременных взрыва тау-частиц.

Чтобы утверждать, что найден подлинный Хиггс, а не самозванцы, Бичему и Явину нужно было быть крайне осторожными. Электроника, достаточно чувствительная, чтобы измерить одну частицу, часто дает осечку, поэтому всегда есть масса событий, которые могут быть отброшены как шум. Вероятность ошибочного подтверждения приводила к опасности установки четких границ на основе данных БЭПК, и ученым нужно было постоянно все перепроверять. Но вместо этого они решили создать две симуляции БЭПК. В одной столкновения происходили во вселенной, подчиняющейся Стандартной модели; в другой вселенная следовала правила MSSM. После тщательной настройки кода команда выяснила, что у них достаточно мощности, чтобы продолжить: если бы Хиггс рождался в процессе работы БЭПК, они нашли бы намного больше тау-событий, чем могло быть.

Характеристики

Z-бозон часто называют «двоюродным братом фотона  » из-за их сильного сходства: оба они нейтральны , являются собственными античастицами и образуются в одном процессе ( механизм Хиггса ). Их отличия заключаются в том, что Z массивнее, более чем в 80 раз больше массы протона , в то время как его «родитель» не имеет массы и что Z частично нарушает четность ( sin²θ _W ( угол Вайнберга ) = 0,21215 согласно теории ), отдавая предпочтение частицам левой спиральности .

Измерение угла Вайнберга

Существует несколько методов измерения sin²θ _W бозона Z. Наиболее удобный метод, используемый SLC, — это создание столкновений поляризованных частиц, приводящих к лево-правой асимметрии ; анализ этого результата почти тривиален. LEP, хотя и не обладал способностью SLC создавать поляризованный поток, был намного ярче (15 миллионов событий для LEP против 500000 для SLC) и использовал менее точный метод, основанный на асимметрии перед -задней, яркости затем компенсируя неточность.

Отклонение от теории и открытие топ-кварка

Как указано выше, теория предсказывала sin²θ _W 0,21, но первые результаты LEP показали угол 0,23156, который затем будет подтвержден SLC. Это объяснялось распадом Z на два виртуальных кварка , масса которых должна была быть такой, чтобы это могло радикально изменить вычисления. Существование топ — кварка , таким образом , предсказано с его массой того , чтобы оставаться близкими к 165  G эВ . Однако исправленная таким образом теория предусматривает всегда другой угол эксперимента ( sin²θ _W = 0,2322), указывающий на первые косвенные наблюдения массы бозона Хиггса .

7 Новая физика и бозон Хиггса — итог:

Гипотетический бозон Хиггса не соответствует существующим в природе фундаментальным взаимодействиям, противоречит классической электродинамике, теории гравитации элементарных частиц и не стыкуется с законом сохранения энергии — следовательно: бозон Хиггса не может существовать в природе.
Стандартной модели предстоит не постулировать, а доказать существование гипотетического бозона Хиггса в природе. При этом придется доказать существование всей цепочки начиная с гипотетического слабого взаимодействия и разобраться со всеми противоречиями. До сих пор, ничего вразумительного, кроме “верую”, со стороны стандартной модели, физика так и не услышала.
Еще критику гипотетического бозона Хиггса можно посмотреть в соответствующей статье из серии «Заблуждения в физике» (Заблуждения в физике: Бозон Хиггса) и ее продолжении (Бозон Хиггса: с наукой покончено?).
Эра бездоказательных утверждений и математических сказок в физике подошла к концу. Физика — это научное отражение природы и манипуляции над законами природы в физике недопустимы.
К сожалению, 8.10.2013 Нобелевским комитетом была решена судьба Нобелевской премии 2013. Обтекаемость формулировки Нобелевского комитета за «теоретическое открытие механизма, который обеспечил понимание происхождения масс элементарных частиц» не отменит основного: механизм Хиггса не может создавать массы элементарных частиц и их поля — а значит в природе не может существовать и бозон Хиггса. Время покажет ошибочность данного решения Нобелевского комитета и пагубность его для физики.
Наступивший 2015 год и появившаяся теория гравитации элементарных частиц отправили в архив истории развития физики кучку математических сказок, относящихся к гравитации, среди которых была и СКАЗКА о «бозоне Хиггса». Как говорится: «Сколько сказочке ни виться — а конец всё равно будет»! — Бесконечно кормить сказками мыслящих людей, выдавая это за науку, не получится.

Владимир Горунович

Похожие записи:

Центростремительное ускорение Что готовит гороскоп на 2021 год для женщин-дев Карта ленорман «развилка, перекресток» в гадании: значение и сочетание с другими картами «меня не волнуют твои бывшие девушки»: о чем жены врут своим мужьям Привороты на любовь мужчины Печенька с предсказанием гадание