Бозон хиггса открытие кратко
Обновлено: 03.07.2024
Квант поля Хиггса – самая известная в обществе элементарная частица в физике. В 2012 году новость об её открытии подобно бомбе взорвала всё информационное пространство. Однако читая сложные термины, мало кто понимает, чем полезен прославленный бозон. В чём суть открытия и почему это так важно для описания Вселенной?
Занимательная физика
У всей окружающей нас материи есть масса – не имеющая направления величина, определяющая базовые свойства объекта.
Материя состоит из атомов. Это значит, что масса тела определяется суммой его атомов. Они, в свою очередь, состоят из элементарных частиц. Выходит, у них тоже должна быть масса.
Однако физика элементарных частиц несколько сложнее. Одни частицы, например, протоны, нейтроны и электроны, массу имеют. Другие же, фотоны, глюоны, бозоны – массой не обладают.
Почему у одних частиц есть масса, а других нет?
Считается, 14 миллиардов лет назад, когда Вселенная только зарождалась , массы не было у всех частиц вообще. Соответственно, не было материи.
Однако в определенный момент произошел хигговский механизм нарушения электрослабой симметрии, и некоторые частицы обзавелись массой – мерой инертности или способностью тела мешать своему ускорению.
Наглядно хигговский механизм представляют следующим образом: рассыпают по столу пенопластовые шарики – аналог безмассовых частиц. Они разлетаются во все стороны даже от слабого дуновения ветра.
Но если высыпать пенопласт на поверхность воды, то жидкость затруднит движение шариков. Жидкость – это аналог Хиггcовского поля. Бозон Хиггса – это пенопластовый шарик, который обрел массу, оказавшись в воде.
О каком нарушении симметрии здесь говорят?
Современной науке известно 4 вида фундаментальных взаимодействий частиц: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Их переносчиками являются безмассовые частицы – бозоны, фотоны, глюоны. Пока они без массы, всё вокруг находится в условной симметрии.
Однако в результате хиггсовского механизма группа частиц – бозоны, массу приобретают, а фотоны по-прежнему остаются безмассовыми. Так нарушается симметрия.
Почему бозон Хиггса так важен?
В широком смысле, эта теория объясняет, как зарождалась Вселенная и вся окружающая нас материя. Механизм был открыт еще в 1964 году британским физиком Питером Хиггсом. Однако подтвердить его существование было невозможно. Ученый просто предположил, что так должно быть.
До 2012 года ученые всего мира трудились , чтобы воспроизвести механизм на практике и подтвердить или опровергнуть теорию. Для этого им нужно было увидеть инертный бозон вживую. Помог в этом Большой адронный коллайдер.
Таким образом, открытие бозона официально закрыло все вопросы о том, как зарождалось мироздание .
Определение простым языком
Чтобы объяснить сущность бозона Хиггса максимально просто и понятно не только ученому физику, но и обычному человеку, интересующемуся наукой, необходимо прибегнуть к языку аллегорий и сравнений. Хотя, разумеется, все аллегории и сравнения, которые касаются физики элементарных частиц, не могут быть верными и точными. То же электромагнитное поле или квантовая волна не являются ни полем, ни волной в том смысле, в котором их представляют обычно люди, как и сами атомы отнюдь не являются уменьшенными копиями Солнечной системы, в которой словно планеты вокруг Солнца вращаются электроны вокруг атомного ядра. И хотя аллегории и сравнения все же не передают самой сути тех вещей, которые происходят в квантовой физике, они, тем не менее, позволяют приблизиться к пониманию этих вещей.
Интересный факт: в 1993 году министром образования Великобритании даже был объявлен конкурс на самое простое объяснение того, что такое бозон Хиггса. Победителем вышло пояснение, связанное с вечеринкой.
Если эта аллегория Вам не совсем понятна, то вот еще одна: представьте себе гладкий бильярдный стол, на котором находятся шары – элементарные частицы. Шары эти запросто разлетаются в разные стороны и движутся везде без препятствий. А теперь представьте, что бильярдный стол покрыт некой клейкой массой, которая затрудняет движение шаров по нему. Эта клейкая масса – поле Хиггса, масса этого поля равна массе частиц, которые к нему прилипают. Бозон Хиггса же это частица, которая соответствует этому липкому полю. То есть если сильно ударить по бильярдному столу с этой клейкой массой, то небольшое количество этой самой клейкой массы на время образует пузырек, который вскоре опять растечется по столу, так вот, этот пузырек и есть бозон Хиггса.
Открытие
Польза
Человеку, далекому от науки вообще и от физики в частности поиски некой элементарной частицы могут показаться бессмысленными, но открытие бозона Хиггса имеет немалое значение для науки. Прежде всего, наши знания о бозоне помогут при расчетах, которые осуществляются в теоретической физике при изучении строения Вселенной.
В частности, физиками было предположено, что бозонами Хиггса заполнено все окружающее нас пространство. При взаимодействии с другими элементарными частицами бозоны сообщают им свою массу и если есть возможность вычислить массу определенных элементарных частиц, то можно рассчитать и массу бозона Хиггса. А если у нас есть масса бозона Хиггса, то с ее помощью идя в обратную сторону, мы также можем рассчитывать массы других элементарных частиц.
Разумеется, все это очень дилетантские рассуждения с точки зрения академической физики, но ведь и журнал наш на то и научно-популярный, чтобы говорить о серьезных научным материях простым и понятным языком.
Опасность
Определения опасения по поводу бозона Хиггса и экспериментов с ним были высказаны британским ученым Стивеном Хокингом. Согласно Хокингу, бозон Хиггса является крайне не стабильной элементарной частичкой и в результате определенного стечения обстоятельств может привести к распаду вакуума и полному исчезновению таких понятий как пространство и время. Но не стоит волноваться, для того, чтобы произошло нечто подобно необходимо построить коллайдер размером со всю нашу планету.
Свойства
- Бозон Хиггса, как впрочем и другие элементарные частицы подвержен воздействию гравитации.
- Бозон Хиггса обладает нулевым спином (моментом импульса элементарных частиц).
- Бозон Хиггса обладает электрическим и цветным зарядом.
- Есть 4 основных канала рождения бозона Хиггса: после слияния 2 глюонов (основной), слияние WW- или ZZ-пар, в сопровождении W- или Z-бозона, вместе с топ-кварками.
- Бозон Хиггса распадается на пару b-кварк-b-антикварк, на 2 фотона, на две пары электрон-позитрон и/или мюон-антимюон или на пару электрон-позитрон и/или мюон-антимюон с парой нейтрино.
Слово скептикам
Разумеется, есть и скептики, утверждающие, что никакой бозон Хиггса в реальности не существует, и что все это было выдумано учеными с корыстной целью – освоить деньги налогоплательщиков, идущие будто бы для научных исследований элементарных частиц, а на самом деле в карманы определенных людей.
Видео
И в завершение интересное документальное видео про бозон Хиггса.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
Эта статья доступна на английском языке – Higgs Boson: the God Particle or Fake?.
Похожие посты:
4 комментария
Бозонь Хиггса получили в результате некоего тяжёлого элемента, который состоит из атомов.А сам бозон оказался в 120 раз больше протона. Как так может быть?
Бозон Хиггса формируется из ЭМ волн в следующем порядке. При первом обороте исследуемых на Коллайдере частиц ускорительный блок действует для их ускорения пучком ЭМ волн. При втором – ещё пучок и т.д. несколько тысяч раз. Но т.к. все волны одной и той же частоты, то они объединяются в пучок по закону Ампера. В результате мы получаем огромный пучок ЭМ волн, который нам преподносят как частицу бога.
Может вы и правы, и бозон Хиггса не совсем то, что нам преподносят.
Правильней было бы назвать не частичкой Бога, а жилищем, тогда было бы больше логики. Частица, это некий конечный продукт, а мы знаем что этой частицы нет и быть не может, Вселенная постоянно расширяется, причем надо полагать в оба конца, следовательно в настоящий момент нет конечного результата, его нет в природе вообще т.к. идет процесс, идет волшебное пивоварение, дробление частиц на все меньшие. Ученные рассуждают о неком промежуточном состоянии, о частице Бога, хотя на самом деле мы говорим о жилище. Или нам кажется что мы приближаемся к этому жилищу. Через 100 лет мы будем рассматривать эти частички как килограммовые глыбы, через 100 лет будут другие частички из которых куется Вселенная, потом еще 100 лет, еще частички, еще 100 лет, еще частички и так бесконечно. Мой тезис – Вселенная расширяется бесконечно пропорционально в оба конца. Вот и моя формула ᅇ← -1 (0) 1→ᅇ
Формула ᅇ← -1 (0) 1→ᅇ, если она оправдана, закрасьте 0 красным цветом, вместо ноля можете подставлять любое вещество, событие, формула рабочая во всех случаях жизни, я о бессмертии, она доказывает что есть машина времени, рассуждайте об этом, верьте в эту формулу и через 1000 лет вы окажетесь правы.
Бозон Хиггса – элементарная частица, природу которой очень сложно постичь без предварительной подготовки и понимания основных физических и астрономических законов Вселенной.
Свойства хиггсовского бозона
Бозон Хиггса имеет множество уникальных свойств, позволившим получить ему еще одно название – частица Бога. Открытый квант обладает цветным и электрическими зарядами, а его спин по факту равняется нулю. Это означает, что он не имеет квантового вращения. К тому же, бозон полноценно участвует в гравитационных реакциях и склонен к распаду на пары из b-кварка и b-антикварка, фотонов, электронов и позитронов в сочетании с нейтрино. Однако параметры этих процессов по ширине не превышают 17 мегаэлектроновольт (МэВ). Помимо вышеперечисленных характеристик частица Хиггса способна распадаться на лептоны и W-бозоны. Но, к сожалению, они видны недостаточно хорошо, что значительно осложняет изучение, контроль и анализ явления. Однако в те редкие моменты, когда их все же получалось фиксировать, удалось установить, что они вполне соответствуют типичным для таких случаев физическим моделям элементарных частиц.
Предсказание и история открытия бозона Хиггса
Диаграмма Фейнмана, показывающая возможные варианты рождения W- или Z-бозонов, которые при взаимодействии образуют нейтральный бозон Хиггса
Эксперименты по поиску и оценке параметров бозона Хиггса
Как уже упоминалось выше, первоначальные поисковые и оценочные эксперименты по определению массы бозона были начаты еще в 1993 году. Комплексные исследования, проводимые на Большом электронно-позитронном коллайдере, финишировали в 2001 году. Полученные благодаря этому эксперименту результаты были дополнительно откорректированы в 2004 году. По уточненным расчетам верхняя грань его массы равнялась 251 гигаэлектроновольт (ГэВ). В 2010 году была выявлена разница, равная 1%, в количестве появляющихся в ходе распада b-мезона, мюонов и антимюонов.
Стандартная модель элементарных частиц
Несмотря на статистические недочеты, получаемые с 2011 года данные с Большого андронного коллайдера, поступали по-прежнему регулярно. Это давало надежду на исправление неточных сведений. Выявленная спустя год новая элементарная частица, которая имела идентичную четность и способность распадаться, как и хиггсовский бозон, была подвергнута серьезной критике и сомнению в 2013 году. Однако уже к концу сезона обработка всех накопленных данных привела к однозначным выводам: новая открытая частица, несомненно, является искомым бозоном Хиггса и принадлежит к Стандартной физической модели.
Интересные факты о бозоне Хиггса
Большой адронный коллайдер. Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса и его исследование
Одним из наиболее интереснейших и невероятных фактов о хиггсовском бозоне является то, что его, по сути, не существует в природе. Следовательно, эта частица, в отличие от остальных фундаментальных элементов, не находится в окружающем нас пространстве. Объясняется это тем, что бозон Хиггса исчезает практически моментально после своего рождения. Происходит такая мгновенная метаморфоза посредством распада частицы. При этом за свое наикратчайшее существование бозон даже не успевает войти во взаимодействие с чем-либо еще.
Другие массовые названия бозона Хиггса
Материалы по теме
Стоит обратить внимание и на то, что имеют место быть, так называемые, бесхиггсовые физические модели, разработанные еще до открытия бозона. Они предполагают своеобразное расширение стандартности.
Современная наука не стоит на месте, а непрерывно и неуклонно развивается. Накопленные в сегодняшней физике и смежных с ней областях знания, позволили не только предсказать, но и, собственно говоря, совершить открытие бозона Хиггса. Но изучение его свойств и обозначение сфер применения добытых сведений находится лишь в начальной стадии. Поэтому современным физикам и астрономам еще предстоит много работы и экспериментов, связанных с исследованием этой основополагающей для Вселенной частицы.
В июле 2012 года ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, объявили о своем триумфе. Физики, наконец, разрешили проблему, над которой бились более 40 лет. Пока все остальные пожимали друг другу руки, один мужчина почтенного возраста расплакался: им был Питер Хиггс. Его предсказание новой фундаментальной частицы — необходимой части семьи фундаментальных частиц в Стандартной модели физики частиц — подтвердилось.
Благодаря квантовой физике науке известно, что пространство не пустое. Помимо обычных веществ — вроде протонов, электронов и нейтронов, из которых состоят строительные блоки всей материи, — Вселенная наполнена квантовыми полями и кишит появляющимися и исчезающими элементарными частицами. Физика частиц — наука обо всех субатомных частицах и взаимодействующих с ними силах.
Субатомные частицы крайне сложно наблюдать из-за их размера. Они меньше атома и длины волны видимого света. Единственный доступный нам способ зарегистрировать их и наблюдать их поведение — это столкнуть атомные ядра, состоящие из частиц, друг с другом на невероятных скоростях (близких к скорости света). Это производит большие количества экзотических частиц, которые создаются только на высоких энергиях. Физики считают, что эти столкновения напоминают условия, при которых развивалась Вселенная сразу после Большого взрыва.
Фундаментальные силы природы — это:
1. Сильное взаимодействие, отвечающее за связь между кварками в адронах и притяжение между протонами и нейтронами в атомных ядрах;
2. Слабое взаимодействие, отвечающее за радиоактивный распад и взаимодействия нейтрино;
3. Электромагнитное взаимодействие, отвечающее за формирование атомов и их свойства;
4. Гравитационное взаимодействие, отвечающее за взаимное притяжение вещества.
И тут в игру вступает бозон Хиггса. Не известно, почему у определенных частиц есть масса, так как принято считать, что все переносящие взаимодействия частицы массой обладать не должны. Тем не менее, как выяснилось, частицы, переносящие слабое взаимодействие, обладают массой. Но почему у частицы, которая должна быть безмассовой, масса имеется?
Частица, которая объяснит почти все
Бозон Хиггса мог бы помочь объяснить, каким образом эти частицы получают свою массу. В 1960-х Питер Хиггс — тот самый физик, в честь которого назвали неуловимую частицу, и который в 2013 году был удостоен Нобелевской премии по физике — разработал теорию, объясняющую, как частицы, переносящие электромагнитное или слабое взаимодействие, могли получить разные массы в процессе постепенного остывания Вселенной.
Так как бозон Хиггса быстро распадается на более стабильные частицы, его сложнее наблюдать, чем другие субатомные частицы, производимые в процессе столкновений в ускорителях. Считается, что до распада он существует всего одну септиллионную секунды, что серьезно осложняет работу по его обнаружению среди триллионов столкновений.
Божественная заминка
Спустя несколько месяцев после объявления об открытии физики сообщили о неожиданной находке. Бозон, который они наблюдали в ЦЕРН, похоже, распадался двумя разными способами. В одном из сценариев частица массой 126,6 ГэВ распадалась на два фотона. В другом случае частица массой 123,5 ГэВ распадалась на четыре лептона. Некоторые посчитали, что это две разные частицы Хиггса. Другие же решили, что это статистическое совпадение, так как разница между частицами слишком незначительна.
Вакуум нестабилен
Как бы то ни было, открытие бозона Хиггса положило начало новым исследованиям и иному пониманию реальности. Ученые надеются, что это открытие приведет к разработке симметричной или даже суперсимметричной теории, которая расширит Стандартную модель и закроет присутствующие в ней дыры. Это, в свою очередь, поможет выяснить, что же такое темная материя — поле, которое, похоже, более неуловимо, чем поле Хиггса.
Что дальше?
Открытие бозона Хиггса можно смело назвать одним из самых важных открытий в нашей недолгой истории. Когда-то давно любознательность наших предков вывела их из Африки и побудила исследовать мир. Сегодня мы знаем о четырех фундаментальных взаимодействиях природы, которые помогают нам понять, как устроен мир в тончайших деталях.
Исследования продолжаются, и ученые, работающие на Большом адронном коллайдере и других ускорителях частиц, достигают все больших энергий — и даже добились создания капель кварк-глюонной плазмы (сегодня она считается первичным веществом, которым было заполнено все пространство сразу после Большого взрыва). К 2030 году в Китае планируют построить самый большой и мощный ускоритель частиц, который поможет проводить новые эксперименты на более высоких энергиях. Будем надеяться, что он поможет заглянуть глубже в саму структуру реальности. А пока нам остается только ждать и следить за результатами экспериментов.
По теме
На БАК найдены две новые частицы, а может, даже три
Разработана новая техника по улучшению анализа данных для БАК
Ученые впервые наблюдали распад бозона Хиггса на b-кварки
Популярное
Европейский концерн Volkswagen Group столкнулся с проблемами из-за последствий российской спецоперации на территории Украины
Нехватку комплектующих уже испытывают завод Audi в Венгрии и ряд других производств бренда, так как соответствующие запчасти выпускают на украинских заводах. Подобные проблемы могут сказаться на производствах всей корпорации Volkswagen Group.
Крупнейший самолет в мире и обладатель множества рекордов выгорел после серии попаданий снарядов. Хотя СМИ пишут, что его восстановление обойдется в три миллиарда долларов, снимки заставляют сомневаться в принципиальной возможности любого ремонта.
Самый краткий курс: как перестать беспокоиться и пережить взрыв ядерной бомбы
Нам отключат SWIFT, самолеты, банковские карточки и резервы Центробанка. Что не так с массовыми представлениями о новых западных санкциях?
Западные страны могут блокировать значительную часть валютных резервов Центробанка в надежде опрокинуть этим рубль. Крайне серьезные ограничения коснутся и электроники с самолетами. Но самые серьезные последствия происходящего лежат в возможной полной дестабилизации мировой экономики в случае чрезмерной ответной реакции России. Разбираемся в деталях.
Европейский концерн Volkswagen Group столкнулся с проблемами из-за последствий российской спецоперации на территории Украины
Нехватку комплектующих уже испытывают завод Audi в Венгрии и ряд других производств бренда, так как соответствующие запчасти выпускают на украинских заводах. Подобные проблемы могут сказаться на производствах всей корпорации Volkswagen Group.
NASA рассматривает варианты использования МКС без участия России
Специалисты NASA изучают способы удержания Международной космической станции на орбите без участия России. Тем не менее в ведомстве не видят никаких непосредственных признаков того, что Москва отказывается от сотрудничества по проекту.
Нам отключат SWIFT, самолеты, банковские карточки и резервы Центробанка. Что не так с массовыми представлениями о новых западных санкциях?
Западные страны могут блокировать значительную часть валютных резервов Центробанка в надежде опрокинуть этим рубль. Крайне серьезные ограничения коснутся и электроники с самолетами. Но самые серьезные последствия происходящего лежат в возможной полной дестабилизации мировой экономики в случае чрезмерной ответной реакции России. Разбираемся в деталях.
Европейский концерн Volkswagen Group столкнулся с проблемами из-за последствий российской спецоперации на территории Украины
Нехватку комплектующих уже испытывают завод Audi в Венгрии и ряд других производств бренда, так как соответствующие запчасти выпускают на украинских заводах. Подобные проблемы могут сказаться на производствах всей корпорации Volkswagen Group.
Апатитские ученые узнали, почему запад Российской Арктики богат алмазами
Исследователи из Кольского научного центра обосновали алмазоностность западной части Российской Арктики. Для этого они изучили геодинамическую эволюцию региона.
Комментарии
Абсолютно ничего не понимая в статье и комментариях к ней, позволю себе спросить о конечной цели таких фундаментальных исследований - познать природу? Допустим, это случится. А что с этим делать, как применять? Однажды применили.
ORCID record for Pavel Vorobyov. ORCID provides an identifier for individuals to use with their name as they engage in research, scholarship, and innovation activities.
Очень интересно, но не особо понятно. Как я понимаю, тут много теории струн. Но при чем здесь Хаос и Большой квантовый компьютер?
Зачем здесь эти ссылки? Еще один непризнанный гений или действительно разработали что-то важное? Если второе -- прямая дорога в рецензируемые журналы. Там и комментарии по делу дадут и укажут на нестыковки. Наличие DOI еще не делает публикацию научной.
Интересно, кто нибудь скажет, а что отвечает за уже за массу бозона Хиггса? Видимо, какой-то другой бизон со своей массой. И так до бесконечности. Между тем масса - величина мнимая.
Желание что-то "открыть" пересиливает желание понять, но природе не слишком нравится наш диктат и всё происходит по её законам, а не нашим: w=rc*rc/t=m*vˇ2=h/t, так всё-таки вернее будет и не надо гравитацию высасывать из Хиггса, просто чем больше скорость, тем круче траектория.
Читайте также: