Частица бога что это простыми словами кратко и понятно

Обновлено: 04.07.2024

Что такое бозон Хиггса? Несомненно, большинство из вас слышали об этой частице, которая как-то там была открыта и что-то дала ученым.

Однако многие ли разбираются в этом вопросе? Давайте попробуем максимально элементарно и доступно вам это объяснить.

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?

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.

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.

Что искали и нашли на Большом адронном коллайдере (БАК)?

Есть общепринятая теория того, как устроен мир на мельчайших масштабах и она называется — Стандартная Модель. Согласно этой модели, в нашем мире есть несколько совершенно разных типов вещества, которые регулярно взаимодействуют между собой.

Теоретически бозон Хиггса предсказали в далеком 1964 году, но вот доказать его существование экспериментально смогли лишь в 2012 году. Все эти годы бозон искали не покладая рук!

До того, как заработал БАК, в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) был электрон-позитронный коллайдер, в Иллинойсе был Теватрон, но этих мощностей было недостаточно, чтобы провести необходимые эксперименты. Хотя, эксперименты все же давали определенные результаты.

Бозон Хиггса — тяжелая частица и обнаружить его крайне непросто. Суть эксперимента очень проста, но вот реализация с последующей интерпретацией результатов — настоящая проблема.

Это все равно, что искать иглу в стоге сена. Нет, в огромном стоге сена. Нет, в тысячах огромных стогов сена! Дело в том, что бозон Хиггса распадается с разной вероятностью на разные комбинации частиц. Например, это могут быть кварк-антикварк, W-бозоны или вообще тау-частицы.

В некоторых случаях распад трудно отличить от распада других частиц, в других случаях вообще не успевают фиксировать происходящее. Как стало известно, детекторы лучше всего фиксируют превращение бозона Хиггса в 4 лептона (фундаментальные частицы), но вероятность такого события составляет лишь 0,013%.

В дело вступили детекторы ATLAS и CMS

Полгода экспериментов на БАК и миллионы столкновений за одну секунду дали необходимый результат. Ученые зафиксировали те самые 4 лептона (целых пять раз).

Зафиксировать это позволили гигантские детекторы ATLAS и CMS, которые выявили частицу с энергией 125ГэВ (единица измерения в квантовой физике). Именно этот показатель соответствовал теоретическому предсказанию бозона Хиггса.

Часть чего-то большего

Вдруг ошибка? Да, таким вопросом исследователи задались тоже. Поэтому, чтобы подтвердить открытие, было проведено много и очень много повторных экспериментов.

Ученые, после того, как открыли бозон Хиггса, начали сходиться на мнении, что Стандартная Модель может являться лишь частью более совершенной теории, которую лишь предстоит открыть. Вероятно, что это в корне изменит наше представление о мире и приведет к серьезным техническим прорывам. Возможно.

Почему открытие бозона Хиггса так важно?

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?.

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.

Если под сомнения подпадают многие устоявшиеся теории современности, то чем же их готовы заменить нынешние ученые? Где разгадка начала бытия, и может ли объявиться у мира Творец или стоит продолжать уповать на случай?

Взору современных ученых каждый раз предстают новые горизонты. Чего только стоят международные проекты под крылом ЦЕРН (CERN)! Один из них - 27-километровое кольцо, залегающее на глубине от 50 до 150 метров - гигантский ускоритель элементарных частиц - Большой адронный коллайдер (БАК, в оригинале LHC). Основная сегодняшняя цель его постройки - обнаружить и зафиксировать "частицу Бога". Именно так окрестил ее несколько лет назад один из известных физиков Леон Реедерман. В научном мире это название звучит проще - бозон Хиггса или просто - хиггс. Дело в том, что ученые до сих пор не могут ответить на вопрос, что такое масса, и что именно является ее носителем. По современному представлению, весь наш мир пронизывает поле, и одни элементарные частицы легко проходят сквозь него, а другие с трудом продираются. Тут стоит отметить, что элементарные частицы - это не протон с нейтроном и электроном, как нас учили в школе. Ученые давно разделили протон и нейтрон (вместе они называются адронами) на десятки других частиц - кварки, а хиггсу среди кварков приписывается роль носителя массы. Для его обнаружения адроны разгоняются до скоростей, близких к скорости света, и сталкиваются друг с другом. В результате столкновения происходит взрыв, энергии которого достаточно для возникновения хиггса. Он просуществует всего мене миллиардной доли секунды, после чего распадется. Ученые надеются по следам распада и траекториям кварков обнаружить хиггс. Для этого построено несколько детекторов, главными из которых являются ATLAS (размером с семиэтажный дом) и CMS. Если хиггс будет обнаружен, то ученым придется серьезно пересмотреть всю стандартную модель физики, сформированную в 70-е годы прошлого века, как это некогда произошло с теорией Птолемея.

Да что там хиггсы, ученые даже надеются получить микроскопические черные дыры!

Но это не единственная их задача. Науке давно известно про антиматерию. Каждый химический элемент таблицы Менделеева имеет свою противоположность (водород - антиводород) . Грубо говоря, в антиматерии электроны и протоны имеют свои аналоги, но с противоположными зарядами. При взаимодействии частицы и античастицы происходит взрыв с выделением большого количества энергии. Современная теория предполагает, что в момент "Большого взрыва" вещества по каким-то причинам образовалось чуть больше, чем антивещества, и на этих остатках вещества и строится наша осязаемая Вселенная. Но в современном мире привычное нам вещество занимает лишь 5% объема, еще 25% занимает так называемая темная материя, а остальное пространство занимает темная энергия. Об их существовании ученые догадываются из косвенных признаков, в основном, по гравитационным явлениям, а вот сказать точнее, что это за материя и энергия, увы, пока не могут. Изучение этих материй и позволит взойти на следующую ступеньку понимания общего мироздания.

Вот во всех этих вопросах и помогут разобраться ускоритель, ATLAS, CMS и два других исполинских "прибора", которые уже сегодня обслуживает более двух тысяч ученых из 35 стран мира, а весь проект станет очередной ступенькой к познанию мироздания.

Жаль конечно, что присвоив себе звание УЧЁНЫЙ, эти люди пытаются загадить мозги людям о каких то случайностях, якобы они единственные ЖИВЫЕ во всей вселенной. Кто действительно представляет науку - тех зажимают в плоть до уничтожения, эти подонки от науки действительно всем надоели, Как в древности говорили; -а ЗЕМЛЯ всё таки КРУТИТСЯ! А человек всё же создан кем то или чем то и таких и совершенно других ЦИВИЛИЗАЦИЙ бесконечное множество.

В 60-х годах XX века, физики задались вопросом: а почему, вообще говоря, одни частицы (протон, нейтрон, электрон и другие) имеют массу покоя, а другие (например, фотон) — нет?

Действительно, мы знаем, что одни виды частиц могут участвовать в том или ином взаимодействии, а другие — игнорировать его. К примеру, протоны и нейтроны (благодаря тому, что состоят из кварков) участвуют в т.н. сильном взаимодействии, которое притягивает их друг к другу, заставляя формировать атомные ядра. А вот электроны сильное взаимодействие игнорируют. Зато они, обладая электрическим зарядом, участвуют в электромагнитном взаимодействии, которое никак не затрагивает незаряженные нейтроны.

Английский физик Питер Хиггс был первым, кто описал на языке математики правдоподобный механизм обретения массы частицами вследствие взаимодействия с подобным полем. Этот механизм был назван механизмом Хиггса, поле, которое он описывал, получило название поля Хиггса. Квант этого поля, или минимальную порцию энергии, которую может получить частица в результате взаимодействия с этим полем, назвали бозоном Хиггса.

У этой терминологии есть своё происхождение, но для того, чтобы объяснить, откуда она взялась, нам пришлось бы углубляться в такие понятия, как гамильтониан и лагранжиан системы, калибровочная инвариантность, собственное состояние и прочее. Подобные штуки отлично объясняют на третьем-четвёртом курсе физических факультетов высших учебных заведений. А мы просто ещё раз проговорим: бозон Хиггса — это квант (порция) взаимодействия между массивными частицами и неким полем, этой массой их наделяющим.

Понять, как работает механизм Хиггса, можно на следующем примере.

Представим себе человека, идущего по пустой улице. Он может двигаться с какой ему угодно скоростью: ускориться, перейти на бег или полностью остановиться без помех. Человек в плотной толпе (скажем, в метро или у входа в зрительный зал) уже не так свободен в своих перемещениях. Если он захочет двигаться быстрее, то ему придётся продираться через впереди стоящих, если же ему понадобится замедлиться или остановиться, то его самого будут толкать люди, напирающие сзади. Поле Хиггса — как раз и влияет на частицы подобным образом: оно мешает им менять свою скорость.

Благо формулы, выведенные Хиггсом, в принципе позволяли нам предсказать многие параметры этой частицы: её массу (да-да, бозоны Хиггса также имеют массу: поле Хиггса взаимодействует само с собой. Это, впрочем, логично: в нашем примере с толпой люди мешают в том числе и друг другу), время жизни, а также то, какие частицы и с какими параметрами будут образовываться после её распада.

И в 2012 году в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) удалось обнаружить частицу, которая, похоже, как раз обладала параметрами, совпадающими с предсказанными теорией Хиггса. Это стало первым реальным подтверждением того, что механизм Хиггса — реально существующий физический процесс.

Здесь, впрочем, следует соблюдать энную осторожность. В принципе, мы не можем со стопроцентной уверенностью говорить, что открытая на БАК частица — это именно бозон Хиггса, а не что-то другое. Мы знаем лишь, что в условиях, в которых должен возникать бозон Хиггса, действительно возникает некая частица, которая ведёт себя в точности также, как должен в теории вести бозон Хиггса. Более того, с 2012 года мы получили ещё некоторое количество данных о том, что эти частицы ведут себя так, как должен вести себя бозон Хиггса. То есть, похоже, это именно бозон Хиггса. Но мы пока не уверены в этом на все 100%.

Другое дело, что нам очень хочется, чтобы это был именно он. Потому что механизм Хиггса является необходимой частью единой теории всех взаимодействий во Вселенной. Но об этом мы детальнее поговорим в следующий раз.

Читайте также: