Що таке бозон хіґґса простою мовою. Про бозон Хіггса простою мовою – що відкрили вчені за допомогою адронного колайдера, навіщо потрібний цей бозон? Якби не було поля Хіггса

У фізиці досі залишається чимало понять та явищ, які є незбагненними для звичайного людського сприйняття. Одним із таких оригінальних понять можна по праву назвати бозон Хіггса. Варто детальніше розглянути, що ми про нього знаємо і наскільки це явище може бути розкрите для пересічних обивателів.

Бозоном Хіггса називають елементарну частинку, яка має властивість виникати у процесі хіггсівського механізму спонтанного порушення електрослабкої симетрії у стандартній моделі фізики елементарних частинок.

Довгі пошуки елементарної частки

Частку постулював британський фізик Пітер Хіггс у фундаментальних статтях, що вийшли в 1964 році. І лише за кілька десятиліть передбачене теоретично поняття було закріплено конкретними результатами пошуків. У 2012 році було виявлено нову частинку, яка і стала найбільш явним кандидатом на цю роль. А вже у березні 2013 року інформація підтвердилася окремими дослідниками. CERN, і знайдену частку визнали бозоном Хіггса.

Для такого роду серйозних досліджень був , на якому багато років продовжуються випробування та розробки. Але навіть виявлені результати фахівці не поспішають відкрито оприлюднити, воліючи більш ретельно все перевіряти ще раз і довести.

Бозон Хіггса є останньою знайденою частинкою стандартної моделі. При цьому в засобах масової інформації офіційний фізичний термін називають «клятою частинкою» – за запропонованим варіантом Леоном Ледерманом. Хоча в назві своєї книги нобелівський лауреат вжив вираз «частка бога», який згодом не прижився.

Хіггсівський бозон доступною мовою

Що таке бозон Хіггса багато вчених намагалися пояснити найдоступніше для середньостатистичного мислення. Міністром науки Великобританії у 1993 році навіть було оголошено конкурс на найпростіше пояснення цього фізичного поняття. Більш доступною при цьому визнали порівняльний варіант із вечіркою. Виглядає варіант наступним чином:

• у велику кімнату, в якій починається вечірка, у певний момент заходить відома особистість;
• за відомою особистістю рухаються гості, які хочуть поспілкуватися з людиною, при цьому ця особа пересувається з меншою швидкістю, ніж решта;
• потім у загальній масі починають збиратися окремі групки (скупчення людей), які обговорюють якусь новину, плітку;
• люди передають новину від групи до групи, унаслідок чого утворюються невеликі ущільнення серед народу;
• в результаті складається враження, що групи людей обговорюють плітку, тісно оточивши відому особистість, але її участі.

У порівняльному співвідношенні виходить, що загальна кількість людей у ​​кімнаті – це і є поле Хіггса, групи людей є обуренням поля, а найвідоміша особа – частка, яка у цьому полі рухається.

Безперечна важливість бозона Хіггса

Важливість елементарної частки, хоч би як вона у результаті називалася, залишається незаперечною. Насамперед вона є необхідною під час здійснення розрахунків, що проводяться в теоретичній фізиці для вивчення будови Всесвіту.

Фізиками-теоретиками було припущено, що бозонами Хіггса заповнено весь простір, що оточує нас. І при взаємодії з іншими видами частинок бозони повідомляють їх про свою масу. Виходить, якщо є можливість обчислення маси елементарних частинок, те й обчислення самого бозона Хіггса вважатимуться справою вирішеним.

Усі пам'ятають галас навколо відкриття бозона Хіггса, що стався у 2012 році. Усі пам'ятають, але багато хто так і досі повною мірою і не розуміє, що це було за свято? Ми вирішили розібратися, просвітитися, і заразом розповісти про те, що таке бозон Хіггса простими словами!

Стандартна модель та бозон Хіггса

Почнемо із самого початку. Частки поділяються на бозониі ферміони. Бозони – це частинки із цілим спином. Ферміони – з напівцілим.

Бозон Хіггса – це така елементарна частка, яка була передбачена теоретично ще 1964 року. Елементарний бозон, що виникає внаслідок механізму спонтанного порушення електрослабкої симетрії.

Зрозуміло? Не дуже. Щоб стало зрозуміліше, треба розповісти про Стандартна модель.

Стандартна модель- Одна з основних сучасних моделей опису світу. Вона визначає взаємодію елементарних частинок. Як ми знаємо, у світі є 4 фундаментальні взаємодії: гравітаційна, сильна, слабка та електромагнітна. Гравітаційне ми відразу розглядаємо, т.к. воно має іншу природу і входить у модель. А ось сильна, слабка та електромагнітна взаємодії описуються в рамках стандартної моделі. Причому, згідно з цією теорією речовина складається з 12 фундаментальних елементарних частинок- ферміонів. Бозониж є переносниками взаємодій. Оформити ви можете безпосередньо у нас на сайті.

Так ось, зі всіх частинок, передбачених у рамках стандартної моделі, не виявленим експериментально залишався бозон Хіггса. Відповідно до Стандартної моделі цей бозон, будучи квантом поля Хіггса, відповідає за те, що елементарні частинки мають масу. Припустимо, що частинки – це більярдні кулі, вміщені на сукно столу. В даному випадку сукно – це і є поле Хіггса, що забезпечує масу частинок.

Як шукали бозон Хіггса?

На питання, коли відкрили бозон Хіггса, не можна точно відповісти. Адже теоретично його передбачили у 1964 році, а підтвердили існування експериментально лише у 2012. І весь цей час шукали невловимий бозон! Шукали довго і наполегливо. До ВАК у ЦЕРНі працював інший прискорювач, електрон-позитронний колайдер. Також був Теватрон в Іллінойсі, але його потужностей не вистачило для виконання завдання, хоча експерименти, звичайно ж, дали певні результати.

Справа в тому, що бозон Хіггса - частка важка і виявити його дуже непросто. Суть експерименту проста, складна реалізація та інтерпретація результатів. Беруться два протони на навколосвітній швидкості і стикаються лоб у лоб. Протони, що складаються з кварків та антикварків, від такого потужного зіткнення розвалюються і з'являється безліч вторинних частинок. Саме серед них шукали бозон Хіггса.

Проблема ще й у тому, що підтвердити існування цього бозону можна лише побічно. Період, у який існує бозон Хіггса, вкрай малий, як і відстань між точками зникнення та виникнення. Виміряти такі час та відстань безпосередньо неможливо. Зате Хіггс не зникає безвісти, і його можна вирахувати за «продуктами розпаду».

Хоча такий пошук дуже схожий на пошук голки у стозі сіна. І навіть не в одному, а загалом полі стогів. Справа в тому, що бозон Хіггса розпадається з різною ймовірністю на різні "набори" частинок. Це може бути пара кварк-антикварк, W-бозони або найпотужніші лептони, тау-частинки. В одних випадках ці розпади вкрай важко від розпадів інших частинок, а не саме Хіггса. В інших – неможливо достовірно зафіксувати детектори. Незважаючи на те, що детектори ВАК - найточніші і найпотужніші вимірювальні прилади, створені людьми, вони можуть виміряти не всі. Найкраще фіксується детекторами перетворення Хіггса на чотири лептони. Однак ймовірність цієї події дуже мала - лише 0,013%.

Проте за півроку експериментів, коли за одну секунду в колайдері відбуваються сотні мільйонів зіткнень протонів, було виявлено цілих 5 таких чотирилептонних випадків. Причому вони були зафіксовані на двох різних детекторах-гігантах: ATLAS і CMS. Згідно з незалежним розрахунком з даними одного та іншого детектора, маса частинки становила приблизно 125ГеВ, що відповідає теоретичному передбаченню для бозона Хіггса.

Для повного і точного підтвердження того, що виявлена ​​частка була саме бозоном Хіггса, довелося провести ще дуже багато дослідів. І незважаючи на те, що зараз бозон Хіггса виявлено, експерименти в ряді випадків розходяться з теорією, тож Стандартна модельЯк вважають багато вчених, швидше за все є частиною більш досконалої теорії, яку ще належить відкрити.

Відкриття бозона Хіггса, безперечно, одне з головних відкриттів 21 століття. Його відкриття – величезний крок у розумінні устрою світу. Якби не він, всі частинки були б безмасовими, як фотони, не існувало б нічого, з чого складається наш матеріальний Всесвіт. Бозон Хіггса - крок до розуміння того, як влаштований всесвіт. Бозон Хіггса навіть назвали часткою бога або клятою часткою. Втім, вчені вважають за краще називати його бозоном пляшки шампанського. Адже таку подію, як відкриття бозона Хіггса, можна відзначати роками.

Друзі, сьогодні ми підривали мозок бозоном Хіггса. А якщо Ви вже втомилися підривати свій мозок нескінченними рутинними або непосильними завданнями з навчання, зверніться за допомогою до . Як завжди ми допоможемо Вам швидко та якісно вирішити будь-яке питання.

Моделювання, що показує появу бозона Хіггса при зіткненні двох протонів

Бозон ХіггсаБозон Хіггса

Бозон Хіггса – елементарна частка, природу якої дуже складно осягнути без попередньої підготовки та розуміння основних фізичних та астрономічних законів Всесвіту.

Бозон Хіггса має безліч унікальних властивостей, що дозволили йому отримати ще одну назву – частка Бога. Відкритий квант має кольорові та електричні заряди, а його спин за фактом дорівнює нулю. Це означає, що вона не має квантового обертання. До того ж, бозон повноцінно бере участь у гравітаційних реакціях і схильний до розпаду на пари з b-кварка та b-антикварка, фотонів, електронів та позитронів у поєднанні з нейтрино. Однак параметри цих процесів за шириною не перевищують 17 мегаелектроновольт (МеВ). Крім перерахованих вище характеристик частка Хіггса здатна розпадатися на лептони і W-бозони. Але, на жаль, вони видно недостатньо добре, що значно ускладнює вивчення, контроль та аналіз явища. Однак у ті рідкісні моменти, коли їх все ж таки виходило фіксувати, вдалося встановити, що вони цілком відповідають типовим для таких випадків фізичним моделям елементарних частинок.

Пророцтво та історія відкриття бозона Хіггса

Діаграма Фейнмана, що показує можливі варіанти народження W-або Z-бозонів, які при взаємодії утворюють нейтральний бозон Хіггса

У 2013 році англієць Пітер Хіггс та підданий Бельгії Франсуа Енглер отримали Нобелівську премію з фізики за відкриття та обґрунтування існування механізму, що дозволяє зрозуміти, як і з чого відбуваються маси елементарних частинок. Однак задовго до цього вже проводилися різні експерименти та спроби відкрити бозон Хіггса. Ще 1993 року в Західній Європі почалися подібні дослідження з використанням потужностей Великого електронно-позитронного колайдера. Але в результаті вони не змогли в повному обсязі принести результати, очікувані організаторами цього проекту. До вивчення питання підключалася і наука. Так у 2008-2009 роках. невеликою командою вчених ОІЯД було зроблено уточнений розрахунок маси хіггсівського бозона. Нещодавно, навесні 2015 року, колаборації, відомі всьому науковому світу, ATLAS і CMS, знову провели коригування маси хіггсовського бозона, яка за цими даними приблизно дорівнює 125,09±0,24 гігаелектронвольтів (ГеВ).

Експерименти з пошуку та оцінки параметрів бозона Хіггса

Як уже згадувалося вище, початкові пошукові та оціночні експерименти щодо визначення маси бозона було розпочато ще 1993 року. Комплексні дослідження, які проводилися на Великому електронно-позитронному колайдері, фінішували у 2001 році. Отримані завдяки цьому експерименту результати додатково відкоригували в 2004 році. За уточненими розрахунками верхня грань його маси дорівнювала 251 гігаелектроновольт (ГеВ). У 2010 році була виявлена ​​різниця, що дорівнює 1%, у кількості, що з'являються в ході розпаду b-мезону, мюонів і антимюонів.

Незважаючи на статистичні недоліки, отримані з 2011 року дані з Великого андронного колайдера, надходили, як і раніше, регулярно. Це давало надію виправити неточних відомостей. Виявлена ​​через рік нова елементарна частка, яка мала ідентичну парність і здатність розпадатися, як і хіггсівський бозон, була піддана серйозній критиці та сумніву у 2013 році. Проте вже до кінця сезону обробка всіх накопичених даних призвела до однозначних висновків: нова відкрита частка, безсумнівно, є бозоном Хіггса, що шукається, і належить до Стандартної фізичної моделі.

Цікаві факти про бозон Хіггса

Великий адронний колайдер. Однією з основних цілей проекту є експериментальний доказ існування бозона Хіггса та його дослідження

Одним з найцікавіших і найнеймовірніших фактів про хіггсівський бозон є те, що його, по суті, не існує в природі. Отже, ця частка, на відміну інших фундаментальних елементів, немає у навколишньому просторі. Пояснюється це тим, що бозон Хігса зникає практично моментально після свого народження. Відбувається така миттєва метаморфоза через розпад частки. При цьому за своє найкоротше існування бозон навіть не встигає увійти у взаємодію з чимось ще.

Також дуже цікавими фактами, що привертають до себе увагу, можна назвати так звані «прізвиська», які були присвоєні хіггсовському бозону. Епатажні назви потрапляли у громадське використання завдяки засобам масової інформації. Одне з них було вигадане знову відкритому кванту Леоном Ледерманом, лауреатом Нобелівської премії, і звучало як «чортова частка». Однак воно не було пропущено до друкованого видання праці редактором і було замінено на «частку Бога» або «божу частинку».

Інші масові назви бозона Хіггса

Незважаючи на популярність ледерманівських «прізвиськ», даних їм бозону Хіггса, переважна більшість учених не схвалюють їх і частіше використовують іншу «простонародну» назву. Воно перекладається як «бозон пляшки із шампанським». Основою для появи такої термінології в позначенні хіггсовського бозона послужила певна схожість його комплексного поля з дном скляної пляшки з-під шампанського. Не менше значення для вчених «бешкетників» має і алегоричне порівняння, що натякає на велику кількість випитого шампанського з приводу відкриття важливої ​​частки.

Варто звернути увагу і на те, що мають місце так звані безхіггсові фізичні моделі, розроблені ще до відкриття бозона. Вони передбачають своєрідне розширення стандартності.

Сучасна наука не стоїть на місці, а безперервно та неухильно розвивається. Накопичені в сьогоднішній фізиці та суміжних з нею галузях знання дозволили не тільки передбачити, а й, власне кажучи, зробити відкриття бозона Хіггса. Але вивчення його властивостей та позначення сфер застосування здобутих відомостей перебуває лише на початковій стадії. Тому сучасні фізики та астрономи ще мають багато роботи та експериментів, пов'язаних з дослідженням цієї основоположної для Всесвіту частинки.

7 червня 2018 року в культурно-просвітницькому центрі «Архе» відбулася лекція академіка РАН Валерія Рубакова про хіггсівський бозон і дослідження, що зараз проходять на БАКУ. З люб'язної згоди «Архе» публікуємо авторизоване В . А. Рубаковимвиклад цієї лекції, підготовлений Борисом Штерном.

Про відкриття бозона Хіггса було повідомлено 4 липня 2012 року на семінарі у ЦЕРНі. Було сказано досить обережно: відкрито нову частинку та її властивості узгоджуються з передбаченими властивостями бозона Хіггса. І протягом наступних років ми поступово все більше переконувалися, що властивості точно такі, як пророкували теоретики, причому в найнаївнішій моделі. Найголовніше, що це, як кажуть теоретики, не просто нова частка, а представник нового сектора елементарних частинок – хіггсівського сектора.

Давайте нагадаю вам основні положення Стандартної моделі. Весь зоопарк її частинок вміщується на один слайд. Протони, нейтрони, π-мезони – все це складові частинки. Елементарних частинок не так багато. Це сімейство лептонів, сімейство кварків, що становлять сектор ферміонів. Другий сектор – частки, відповідальні за їх взаємодії: фотони, W- та Z-бозони, глюони та гравітони. Бозони взаємодіють не лише з ферміонами, а й між собою. Найвідоміша з перерахованих частинок – фотон.

Найцікавіші за своїми проявами – глюони, саме вони пов'язують кварки у протоні так, що неможливо розтягнути. W-і Z-бозони по своїй ролі схожі на фотон, але вони масивні і відповідають за слабкі взаємодії, які споріднені з електромагнітним, хоча і виглядають по-іншому. Ще має бути частка гравітон. Адже гравітаційні хвилі вже відкриті, а там, де є хвилі, мають бути частки. Інша річ, що ми ніколи, мабуть, не зможемо отримувати та реєструвати гравітони поодинці.

І нарешті, бозон Хіггса, який є окремим сектором на нашому слайді. Це ще одна частка, яка стоїть окремо у всьому «зоопарку», що складається з невеликої кількості різних видів.

Що таке бозон Хіггса?

Для початку: що таке бозон? Кожна частка, як дзига, має внутрішній момент обертання, або спин (це квантовомеханічне явище). Буває цілий та напівцілий спин в одиницях постійної Планки. Частинки зі спином 1/2 або 3/2 (будь-який напівцілий спин) називаються ферміонами. У бозонів спин цілий, що призводить до фундаментальних відмінностей у властивостях цих частинок (бозони люблять накопичуватися в одному квантово-механічному стані, як фотони в радіохвилях; ферміони, навпаки, цього уникають, через що електрони заселяють різні атомні оболонки. ред.). Так от, у бозона Хіггса спин дорівнює 0 (а це теж ціле число).

Бозон Хіггса – важка частка. Його маса - 125 ГеВ (для порівняння: маса протона - близько 1 ГеВ, маса найважчої частки, t-кварка - 172 ГеВ). Бозон Хіггса електрично нейтральний.

Нові частки відкривають на прискорювачах, вони народжуються у зіткненнях частинок, у разі - у зіткненнях протонів. Після чого реєструють продукти розпаду частки, що шукається. Бозон Хіггса розпадається в середньому за 10-22 с. Для важкої частки це не такий маленький термін – топ-кварк, наприклад, живе у 500 разів менше.

І у бозона Хіггса багато різних способів розпастися. Один із «золотих каналів» розпаду – розпад на два фотони – досить рідкісний: так хіггсівський бозон розпадається у двох випадках із тисячі. Але цей шлях чудовий тим, що обидва фотони високоенергійні. У системі спокою хіггсівського бозону кожен фотон має енергію 62,5 ГеВ, це велика енергія. Ці фотони добре видно, можна виміряти напрямки їхнього руху, енергію. Ще чистіший канал розпаду - розпад на чотири лептони: на дві пари e + і e - , на e + , e - і µ + , µ - або на чотири мюони. Виходять чотири високоенергійні заряджені частинки, які теж добре видно, у них можна виміряти енергію та напрямок вильоту.

Як дізнатися, що бачимо саме розпад бозона Хіггса? Припустимо, ми зареєстрували два фотони. При цьому є багато інших процесів, що призводять до народження двох фотонів. Але якщо фотони походять від розпаду певної частки, то ними можна визначити її масу. Для цього треба обчислити енергію двох фотонів у системі відліку, де вони летять у протилежних напрямках з однаковою енергією – у системі центру мас. У нашій системі відліку це цілком певна комбінація енергій фотонів та кута розльоту між ними. Вона називається інваріантною масою системи частинок. Якщо фотони - продукти розпаду бозона Хіггса, їхня інваріантна маса повинна дорівнювати масі бозона з точністю до помилок вимірювання. Те саме, якщо бозон розпався на чотири частинки.

На рис. 2 показано розподіл подій по інваріантній масі двох фотонів. Остання відкладена горизонтальною осі, а вертикальною відкладено число подій. Є безперервне тло, і є «наліпка» в районі інваріантної маси 125 ГеВ. Можливо, ви будете сміятися, але ця «наліпка» і є бозоном Хіггса. Подібний пік вимальовується і в інваріантній масі чотирьох лептонів (e+, e-, µ+, µ-), на які він теж розпадається. Тільки це відбувається в одному із десяти тисяч розпадів. Тобто треба породити мільйон бозонів Хіггса, щоб нагромадити сто розпадів на дві лептонні пари. І це було зроблено.

Виміряти енергію і напрямок вильоту (отже імпульс) зарядженого електрона або мюона можна з набагато вищою точністю, ніж у випадку фотона. Саме для цього детектор має сильне магнітне поле: викривлення траєкторії зарядженої частинки в магнітному полі дозволяє визначити її імпульс (а також знак заряду). Крім того, ізольованих лептонів високих енергій народжується мало, а тим більше невелика кількість четвірок ізольованих лептонів (ізольованих, тобто поза адронним струменем). Тому фон для розпаду на чотири лептони малий.

Нарешті, дослідниками на ВАК відбиралися події, в яких інваріантна маса однієї пари лептонів протилежного знака дорівнює масі Z-бозону (хіггс розпадається на реальний Z і віртуальний Z), що ще сильніше тисне фон. Але розпад на чотири лептони насправді не кращий за розпад на два фотони, оскільки ймовірність розпаду на два фотони набагато вища, похибки в його вимірі компенсуються більшою статистикою.

Чому бозон Хіггса відкрили лише нещодавно

Тут дві обставини. По-перше, шукана частка важка. Значить, потрібний прискорювач на велику енергію. По-друге, треба мати більшу інтенсивність пучків, щоб кількість зіткнень була достатньою. Фізики використовують слово світність, що відображає кількість зіткнень в одиницю часу. У вас має бути дуже багато зіткнень.

З енергією начебто все було нормально, адже до Великого адронного колайдера працював Теватрон – коллайдер у США. Повна енергія мала 2 ТеВ. Начебто непогано, адже бозон Хіггса - 125 ГеВ. У принципі, за енергією Теватрон міг народжувати бозони Хіггса. Але в нього була недостатня світність. Йому забракло народжених бозонів Хіггса.

Декілька слів про ВАК

Великий адронний колайдер - споруда, примітна в усіх відношеннях. Це надпровідний прискорювач-накопичувач, що знаходиться під землею. Довжина його кільця - 27 км, і все це кільце складається з магнітів, які утримують протони в цьому кільці надпровідних магнітів. На той момент, коли ВАК будувався, це було останнє технологічне досягнення. Зараз є досить успішні спроби отримувати потужніше магнітне поле у ​​магнітах. Але на той час це було най-най. Взагалі все, що там робиться, - це пік сучасних технологій, на самому краю людських можливостей.

Спочатку ВАК прискорював протони до сумарної енергії 7 ТеВ, потім – 8 ТеВ. Кожен протон, стикаючись, мав енергію 4 ТЕВ. Почавши стабільно працювати у 2010 році на енергії у 7 ТеВ, у 2011 році ВАК перейшов на енергію 8 ТеВ, а проектна енергія у нього – 14 ТеВ. Зараз із хитрих технічних причин до 14 ТеВ досі не дісталися; з 2015 року прискорювач працює на сумарній енергії 13 ТЕВ. Світність у нього дуже висока за всіма мірками, фахівці в ЦЕРНі, звичайно, великі майстри. А власне зіткнення частинок відбуваються у чотирьох місцях, нас цікавлять два з них, де стоять детектори ATLAS та CMS. Приблизно так виглядає CMS - компактний мюонний соленоїд (рис. 4).

Найкраща - мюонна камера, що дозволяє реєструвати та вимірювати параметри мюонів, які летять через весь детектор, прошиваючи його наскрізь. Все це укладено в магнітне поле, щоб по викривленню руху частинки виміряти її імпульс.

АTLAS – ще більше. Це такий багатоповерховий будинок, повністю забитий апаратурою.

Ці детектори вимірюють енергії, імпульси, напрями руху частинок, визначають, що це було - електрон, фотон, мюон або сильно взаємодіюча частка типу протона або нейтрону, - всі вони мають свої сигнатури.

Окрема цікава історія пов'язана з тим, як улаштовані групи фізиків – колаборації, які займаються цією справою. Зрозуміло, щоб таку гігантську машину розробити, створити та обслуговувати, знімати та обробляти дані, стежити за тим, щоб нічого не псувалося, шукати різноманітні події та цікаві явища, потрібні великі команди. Вони збираються у всьому світі. Характерна цифра - 3,5 тис. фізиків у кожній колаборації, в ATLAS та CMS. Ці групи міжнародні: крім європейських там фахівці з Америки, Японії, Китаю, Росії тощо. Загальна кількість інститутів - близько 200; 150–200 у кожній із колаборацій. Чудово, що це система, що самоорганізується. Це система, яка організувалася «знизу», там були свої «батьки-засновники», які потихеньку обростали у 1990-ті роки зацікавленими фізиками. Зібралася велика кількість народу, але ніяких начальників, окрім виборних, там немає, всі розбиті на групи, підгрупи, які відповідають кожна за своє, то це все влаштовано. Незважаючи на те, що це люди різних культур, все це працює. Не сварилися, не перегризлися між собою.

Треба сказати, що Росія може пишатися і пишається тим, що ми беремо участь у цій усій діяльності. У ЦЕРНі та навколо нього всі чудово розуміють та підкреслюють: внесок Росії цілком вагомий та серйозний. Помітна частина прискорювача робилася у Новосибірську. Значна частина елементів детекторів також робилася в нас. І наших учасників багато, із різних міст, різних інститутів. Приблизно по грошам, ресурсам та людям на Росію припадає 5–7% від цернівських детекторів (залежить від конкретного детектора). Що цілком нормально для нашої країни.

Навіщо потрібний бозон Хіггса

Перейдемо до теоретичної частини, можливо, трохи занудної і нудної, але мені здається, що корисно зрозуміти і пояснити, хоча б якісно, ​​чому це Енглер, Браут і Хіггс раптом вирішили, що має бути нова частка. Точніше, Хіггс вирішив, що має бути нова частка, а Енглер і Браут вигадали поле бозона.

Насамперед треба згадати, що будь-яка частка пов'язана з полем. Частка - це завжди квант якогось поля. Існують електромагнітне поле, електромагнітні хвилі, і з ними пов'язаний фотон – квант електромагнітного поля. Також і тут: бозон Хіггса – це квант якогось поля. Можна спитати: навіщо потрібне нове поле? Енглер і Браут зрозуміли це першими.

Тут треба піти трохи убік. Світом правлять всілякі симетрії. Наприклад, просторово-часові, пов'язані зі зрушеннями у часі та у просторі: фізика завтра така сама, як учора, фізика тут така сама, як у Китаї. З цими симетріями пов'язані закони збереження енергії та імпульсу. Є й менш очевидні, з погляду нашого повсякденного досвіду, симетрії – внутрішні. Наприклад, в електродинаміці є симетрія, що призводить до закону збереження електричного заряду. Її не видно, окрім як на формулах, але вона є. Разом із законом збереження енергії ця симетрія забороняє електрону розпадатися. Чудово, що та сама симетрія забороняє фотону мати масу, і він її справді не має. Глюони теж безмасові з тієї ж причини - їм забороняє мати масу симетрія, пов'язана з кольором. «Колір» заряджений кварками, і глюони прив'язані до «колір», як фотони до заряду.

А ось частинки, які відповідають за слабкі взаємодії, – W- та Z-бозони – масивні. Неприємність полягає в тому, що вони дуже схожі на фотони: електрон може розвіятись на електроні, обмінявшись фотоном, а може – Z-бозоном. Процеси дуже схожі, хочеться приписати слабким взаємодіям симетрію того ж типу, що мають електромагнітні (вона називається калібрувальною симетрією), але маса W і Z – переносників слабкої взаємодії – не дозволяє цього зробити, вона порушує калібрувальну симетрію.

Чому ж ця гарна симетрія виявилася порушеною? Виявляється, це досить універсальне явище в природі: багато симетрій існують у первинних законах природи, але виявилися порушеними у реальному Всесвіті. Це називається «спонтанним порушенням симетрії».

Уявімо, що ми з вами – маленькі чоловічки, які живуть у постійному магніті, у намагніченому шматку заліза. Проводимо експеримент із електронами: отримуємо електрон-позитронні пари (у нас там є маленький прискорювач, випромінюємо електрони). Так ось, ці електрони летять у магніті не прямою. Через те, що є магнітне поле, вони на нього «навиваються» і летять спіраллю. Ми з вами вимірюємо їх і говоримо: хлопці, у нас є виділений напрямок, у нас світ не ізотропний, у нас є виділена вісь, на яку намотуються електрони.

Але якщо ми з вами розумні теоретики, то здогадаємося, що справа не в тому, що простір має виділений напрямок, а в тому, що в цьому просторі є магнітне поле. Ми зрозуміємо: якби нам удалося прибрати це магнітне поле, то у просторі всі напрямки були б рівноправними. Ми вирішимо, що симетрія щодо обертання є, але вона порушена тим, що у просторі є магнітне поле. А якби ми були ще розумнішими теоретиками, то, зрозумівши, що таке нове поле, що забезпечує порушення симетрії, сказали, що має бути і його квант. І передбачили б фотон. І правильно б передбачили! Симетрія може бути порушена, якщо є розлите у просторі поле, яке цю симетрію порушує.

І ось у фізиці мікросвіту це і відбувається. З деякими відмінностями. Відмінність у цьому, що симетрія не просторова, щодо просторових обертань, як і магніті, а внутрішня. І ніякого заліза тут у нас немає, ця симетрія порушена прямо у вакуумі. Зрештою, на відміну від магнітного поля, тут потрібне нове поле. Це і є поле Енглера, Браута та Хіггса, яке забезпечує це порушення. І тонкість ще в тому, що магнітне поле – це вектор, у нього є напрямок, а ось це поле має бути скаляром, щоб не порушити симетрію щодо просторових обертань. Воно не повинно бути направлене нікуди. Частка цього поля повинна мати спин, що дорівнює нулю.

Така картинка була запропонована та одягнена у формули Енглером і Браутом, потім Хіггсом. Але Енглер і Браут якось не звернули уваги на те, що їхня теорія передбачає нову частинку. А Хіггс, який опублікував свою роботу трохи пізніше, на цю увагу звернув, причому з подачі рецензента, який запитав, чи має Хіггс у статті якісь нові речі, про які Енглер і Браут не сказали. Хіггс подумав-подумав і заявив, що має бути нова частка. Тому її й назвали "бозоном Хіггса".

Що далі?

Поки що все було «на здоров'я». Але залишаються питання. З одного боку, картина з бозоном Хіггса несуперечлива. Формально все можна порахувати, можна обчислити, маючи відомі параметри цієї теорії - константи зв'язку, маси. Але остаточного задоволення ця картина не приносить. І одне з найголовніших місць, які не дають спокійно спати фізикам, – це те, що в природі є дуже різні енергетичні масштаби взаємодій.

У сильних взаємодій між кварками та глюонами свій характерний масштаб. Це, грубо кажучи, маса протона – 1 ГеВ. Є масштаб слабких взаємодій, 100 ГеВ (маси W, Z, хіггсовського бозону). І цей масштаб якраз і є масштабом хіггсівського поля - приблизно 100 ГеВ. І це б ще нічого, але є ще маса Планка – гравітаційний масштаб. Який аж 1019 ГеВ. І, звичайно, вже дивно: що за історія така, чому ці масштаби такі різні?

З масштабами сильних взаємодій такої проблеми немає: є механізм, що дозволяє зрозуміти відмінність цього масштабу від гравітаційного (ну, принаймні, замість наше подив під килим). А от із масштабом бозона Хіггса справа погана. Чому? Тому що взагалі-то в природі є вакуум - стан без частинок. І це зовсім не абсолютна порожнеча - у тому сенсі, що у вакуумі постійно протікають віртуальні процеси: народження-знищення пар частинок і флуктуації полів. Весь час там іде життя. Однак оскільки це вакуум і в ньому немає жодних частинок, нам цього не видно. А побічно – дуже навіть видно. Наприклад, процеси народження віртуальних пар впливають властивості атомів, змінюють їх енергетичні рівні. Це давно відомий лембовський зсув, обчислений у 1930-х та виміряний у 1940-х. Впливають зазвичай не дуже сильно. Ось цей лембовський зрушення атомних рівнів - лише частки відсотка.

Але є одне місце, де вакуум стріляє на 100%. Це якраз маса бозона Хіггса. З'ясовується, що якщо ви почнете враховувати народження та знищення віртуальних частинок і наївно спробуєте провести обчислення – скільки ж ці процеси вкладають у масу бозона Хіггса, то переконайтеся, що ці явища прагнуть підтягти масу бозона Хіггса до планківської маси. Вони не дають бозону Хігса бути легким.

І це справді страшна справа. Дуже хочеться зрозуміти, чому реально в природі електрослабкий масштаб такий маленький порівняно з гравітаційним масштабом 1019 ГеВ. Це, можливо, тим, що ми погано знаємо фізику при дуже високих енергіях, при енергіях масштабу 1 ТеВ. Справа в тому, що якщо фізика змінюється на масштабі тераелектронвольт, то, можливо, там і відбуваються дива: вплив вакууму чомусь виявляється маленьким, несуттєвим. Така думка. Можливо, ВАК ще не все відкрив, і мають бути нові явища, які йому доступні. Його енергія, нагадую, – 14 ТеВ. Щоправда, це зіткнення протону із протоном. Кварк із кварком мають енергію зіткнення приблизно у шість разів менше. Тому реальний масштаб енергії, який вивчається БАКом, – це 2–3 ТЕВ. Але все-таки це той самий масштаб, на якому (як нам хотілося б) може з'явитися нова фізика, нові фізичні явища.

І я вам маю сказати, що насправді зараз ситуація дуже стрімка. Тому що ВАК вже попрацював майже на своїй проектній енергії – 13 ТеВ, він чудово на ній відпрацював 2017 рік, і зараз ця робота продовжується. І немає поки що ніяких - ніяких! - Вказівок на цю нову фізику, на яку ми все сподіваємося. Всі ці міркування, про які я вам говорю, не підтверджуються. Чи ще світності не вистачило, зіткнень обмаль, статистики обмаль. Чи щось тут зовсім не те, і всі ці досить переконливі, але не стовідсотково залізні аргументи, можливо, неправильні.

Якою може бути нова фізика? Дуже великі надії були суперсиметрію. Вона чудова тим, що це теорія, де є додаткова симетрія в порівнянні з усіма відомими. Яка пов'язує частинки з цілим та напівцілим спином – бозони та ферміони. До речі, ця симетрія була запропонована теоретиками тут у Москві, у ФІАНі, у 1970-х роках.

У контексті фізики елементарних частинок це означає наступне: якщо у вас є кварк зі спином 1/2, то у нього має бути партнер, якого недовго думаючи назвали скалярний кварк, – «скварк» зі спином 0. У електрона має бути партнер – скалярний електрон , у фотона партнером має бути фотино зі спином 1/2, у глюону – глюїно, у гравітону – гравітіно.

Крім гравітіно, всі ці частинки, якщо вони легкі, мають народжуватися на Великому адронному колайдері. Взагалі, гарячі голови говорили так: увімкнеться ВАК - і насамперед знайдуть аж ніяк не бозон Хіггса, а суперсиметрію. І це думка поділялося як багатьма теоретиками, а й бідними експериментаторами, яким теоретики запудрили мізки. Однак суперсиметрія досі не відкрита, тільки є обмеження на маси перерахованих вище частинок. Взагалі вже не схоже, що суперсиметрія є в природі при не дуже високих енергіях.

Чому суперсиметрія гарна? Виявляється, вклади віртуальних частинок у масу бозона Хіггса мають різні знаки для різних спинів. При суперсиметрії бозонний та ферміонний вклади скорочуються до нуля, і якщо у вас є фотони та фотино або W-бозони та вино, їх вклади теж скорочуються до нуля. Якщо маси частинок та їх суперпартнерів різні - а це так і є, немає скалярного електрона з такою ж масою, як у електрона, це ми точно знаємо, - це скорочення відбувається не до нуля. Але якщо маси суперпартнерів - в районі тераелектронвольт, то саме виходить, що ці вклади мають масштаб сотні гігаелектронвольт, і тоді все добре. Але це не працює. Вже зараз обмеження на ці маси такі сильні, що цей механізм скорочення повністю не працює, 100 ГеВ не отримати. Якщо наївно обчислювати, то має вийти щось на кшталт 500–700 ГеВ маси бозона Хіггса. Тож зараз ситуація з пошуком суперсиметрії дуже напружена.

Є ще сценарії: наприклад, бозон Хігса може бути складовим, не обов'язково елементарним. І взагалі, у фізиці конденсованих середовищ відомі аналоги механізму Хіггса, і там аналог бозона Хіггса чи хіггсівського поля не елементарний, а складовий. Найвідоміший приклад – це надпровідність. У надпровіднику фотон має масу, це так званий ефект Мейснера. Теорія Енглера – Браута – Хіггса – це майже один в один теорія Гінзбурга – Ландау, яка була запропонована років за десять до Енглера – Браута – Хіггса.

Якщо бозон Хіггса – складовий, тоді все змінюється, і величезні вклади від взаємодії з вакуумом зникають, з'являється розмір складової системи, як у протона. Якщо цей розмір становить 10 -18 см, то відповідна енергія системи виявляється розумною, причому внутрішня структура поки що залишається нерозрізненою. Такі моделі мають свої передбачення, але знову-таки досі нічого схожого на прискорювачі не видно.

Можливо, ми чогось сильно не розуміємо, теоретики чогось не додумали, не відкрили у своїх головах. Звичайно, на Великому адронному колайдері є програма пошуку нових явищ, яка не спирається на теоретичні прогнози. Шукатимемо, де можемо, «де є ліхтарі» - під ними і шукатимемо. І намагатимемося знайти відмінності від Стандартної моделі скрізь, де тільки це можна зробити. Досі нічого цього немає, і стандартна модель чудово працює.

Насамкінець скажу: зараз ми знаходимося на дуже цікавому етапі розвитку фізики елементарних частинок. З одного боку є впевненість, що Стандартна модель - це ще не вся історія. Є жорсткі, однозначні свідчення того, що Стандартна модель неповна, що ще прийшли з космології, - в першу чергу це темна матерія: у Всесвіті є масивні частинки, які складають темну матерію, їх за масою приблизно в п'ять разів більше, ніж звичайної речовини.

Наразі така ситуація, що фізика елементарних частинок знову стала експериментальною наукою. У 1950-1960-ті роки ця галузь фізики була експериментальною наукою, коли йшли експерименти, їх результати осмислювалися та створювалися теорії. Проте протягом усього мого свідомого життя все було навпаки: теоретики робили передбачення, а експериментатори підтверджували їх. Зараз ми знову дійшли ситуації, коли ми повністю зав'язані на експеримент, не знаючи, що він нам покаже. Чекаємо, тримаємо пальці хрестиком, але поки що нічого цікавого ВАК нам не каже. Крім того, що є бозон Хіггса.

Яка нова фізика з'явиться, зрештою, ми теж не знаємо. Отже, ситуація цікава, важливе відкриття зроблено, але яким буде наступне відкриття, ніхто сьогодні сказати не може. Можливо, це добре, це змушує нас напружуватися і думати, а експериментаторів - шукати нові явища. Сподіваюся, що ці пошуки завершаться успіхом.

Ми, колектив Quantuz, (намагаємося вступити до спільноти GT) пропонуємо наш переклад розділу сайту particleadventure.org, присвяченого бозону Хіггса. У цьому тексті ми виключили неінформативні картинки (повний варіант див. у оригіналі). Матеріал буде цікавий усім, хто цікавиться останніми досягненнями прикладної фізики.

Роль бозона Хіггса

Теорія 1964 року

Незалежно від цього інші фізики побудували теорію фундаментальних частинок, названу в результаті «Стандартною Моделью», яка забезпечувала феноменальну точність (експериментальна точність деяких частин Стандартної Моделі досягає 1 до 10 мільярдів. Це рівнозначно передбаченню відстані між Нью-Йорком і Сан-Франциско 0,4 мм). Ці зусилля виявилися тісно взаємопов'язані. Стандартна модель потребувала механізму придбання частинками маси. Польову теорію розробили Пітер Хіггс, Роберт Браут, Франсуа Енглер, Джералд Гуралнік, Карл Хаген та Томас Кіббл.

Бозон

Яка маса бозону?

Пам'ятайте, що згідно E=mc 2 чим більше маса частинки, тим більше енергії потрібно для її створення.

У той час, коли ВАК розпочав збір даних у 2010, експерименти на інших прискорювачах показали, що маса бозона Хіггса має бути більшою, ніж 115 ГеВ/с2. У ході дослідів на ВАК планувалося шукати докази бозона в інтервалі мас 115-600 ГеВ/с2 і навіть вище, ніж 1000 ГеВ/с2.

Щороку експериментально вдавалося виключати бозони з більшими масами. У 1990 було відомо, що маса, що шукається, повинна бути більше 25 ГеВ/с2, а в 2003 з'ясувалося, що більше 115 ГеВ/с2

Зіткнення на Великому Адронному Колайдері можуть породжувати багато чого цікавого

« …останки [вибуху] у цій частині космосу не видно з тих пір, як Всесвіт охолонув 14 мільярдів років тому – весна життя скороминуща, знову і знову у всіх її можливих варіантах, якби Всесвіт брав участь у власній версії фільму «День Сурока»

Одним із таких «останків» може бути бозон Хіггса. Його маса має бути дуже великою, і він повинен розпадатися менш ніж за наносекунду.

Анонс

За десять тисяч миль звідси, на іншому краю планети, на престижній міжнародній конференції з фізики частинок у Мельбурні сотні вчених з усіх куточків земної кулі зібралися, щоб почути мовлення семінару з Женеви.

Але спершу давайте поглянемо на передумови.

Феєрверк 4 липня

Звичайно ж, коли результати були представлені, обидві колаборації, які проводили експерименти, прозвітували про те, що вони знайшли доказ існування частки «схожої на бозон Хіггса» з масою близько 125 ГеВ. Це безперечно була частка, і якщо вона не бозон Хіггса, то дуже якісна його імітація.

Доказ був сумнівним, вчені мали результатами в п'ять сигма, що означають, що є менше однієї ймовірності на мільйон, що є просто статистичної помилкою.

Бозон Хіггса розпадається на інші частки

Кожен варіант розпаду бозона Хіггса відомий як канал розпаду або режим розпаду. Хоча bb-режим є поширеним, багато інших процесів виробляють подібні частинки, тому якщо ви спостерігаєте bb-розпад, дуже важко сказати, чи з'явилися частинки у зв'язку з бозоном Хіггса або якось ще. Ми говоримо, що режим bb-розпаду має «широке тло».

Найкращими каналами розпаду для пошуку бозона Хіггса є канали двох фотонів та двох Z-бозонів.

*(Технічно для 125 ГеВ маси бозона Хіггса розпад на два Z-бозони не можливий, оскільки Z-бозон має масу 91 ГеВ, внаслідок чого пара має масу 182 ГеВ, більшу ніж 125 ГеВ. Однак те, що ми спостерігаємо, є розпадом на Z-бозон та віртуальний Z-бозон (Z*), маса якого набагато менша.)

Розпад бозона Хіггса на Z+Z

Режим розпаду Z + Z був досить простий для експериментів ATLAS і CMS, коли обидва Z-бозони розпадалися в одному з двох режимів (Z → e+ e- або Z → µ+ µ-). На малюнку чотири режими розпаду бозона Хіггса, що спостерігаються:

Кінцевий результат полягає в тому, що іноді спостерігач побачить (на додаток до деяких незв'язаних частинок) чотири мюони, або чотири електрони, або два мюони і два електрони.

Як бозон Хіггса виглядав би у детекторі ATLAS

Приклад події з можливим розпадом бозона Хіггсау вигляді гарної анімації зіткнення двох протонів у Великому адронному колайдері можна подивитися на сайті-джерелі за цим посиланням.

У цій події бозон Хіггса може бути виготовлений, а потім негайно розпадається на два Z-бозони, які в свою чергу негайно розпадуться (залишивши два мюони і два електрони).

Механізм, що дає масу часткам

Уявіть собі простір, заповнений полем Хіггса, як вечірку фізиків з коктейлями, що спокійно спілкуються між собою…
Якоїсь миті входить Пітер Хіггс, який створює хвилювання, рухаючись через кімнату і притягуючи групу шанувальників з кожним кроком.

До того, як увійти до кімнати професор Хіггс міг рухатися вільно. Але після заходу до кімнати повної фізиків його швидкість зменшилася. Група шанувальників сповільнила його рух кімнатою; іншими словами, він придбав масу. Це аналогічно безмасової частки, що набуває маси при взаємодії з полем Хіггса.

Адже все що він хотів – це дістатися бару!

(Ідея аналогії належить проф. Девіду Дж. Міллеру з Університетського коледжу Лондона, який виграв приз за доступне пояснення бозона Хіггса - © ЦЕРН)

Як бозон Хігса отримує власну масу?

Пошук маси бозони Хіггса

Якщо ви вирішили зібрати велосипед та захотіли знати його масу, вам слід складати маси частин велосипеда: двох коліс, рами, керма, сідла тощо.

Але якщо ви хочете вирахувати масу бозона Хіггса з частинок, на які він розпався, просто складати маси не вдасться. Чому ж ні?

Складання мас частинок розпаду бозона Хіггса не працює, так як ці частинки мають величезну кінетичну енергію в порівнянні з енергією спокою (пам'ятаємо, що для частки, що покоїться, E = mc 2). Це відбувається внаслідок того, що маса бозона Хіггса набагато більша, ніж маси кінцевих продуктів його розпаду, тому енергія, що залишилася, кудись йде, а саме - в кінетичну енергію частинок, що виникли після розпаду. Теорія відносності каже нам використовувати рівність нижче для підрахунку "інваріантної маси" набору частинок після розпаду, яка і дасть нам масу "батька", бозона Хіггса:

E 2 = p 2 c 2 +m 2 c 4

Пошук маси бозона Хіггса із продуктів його розпаду

Коли ми говоримо про розпад типу H → Z + Z * → e+ + e- + µ+ + µ-, чотири можливі комбінації, показані вище, можуть виникнути як від розпаду бозона Хіггса, так і від фонових процесів, так що нам потрібно поглянути на гістограму сумарної маси чотирьох частинок у зазначених комбінаціях.

Гістограма мас має на увазі, що ми спостерігаємо за величезною кількістю подій і відзначаємо кількість тих подій, коли виходить підсумкова інваріантна маса. Вона виглядає як гістограма, тому що значення інваріантної маси поділено на стовпці. Висота кожного стовпця показує кількість подій, у яких інваріантна маса виявляється у відповідному діапазоні.

Ми можемо уявити, що це результати розпаду бозона Хіггса, але це не так.

Дані про бозон Хіггса з фону

Синя область (див. анімацію) є «сигнальним» прогнозом, в якому число чотирилептонних подій припускають результат розпаду бозона Хіггса. Сигнал розташований на вершині фону, тому що для того, щоб отримати загальну прогнозовану кількість подій, ви просто складаєте всі можливі результати подій, які можуть статися.

Чорні точки показують кількість подій, що спостерігаються, в той час як чорні лінії, що проходять через точки, представляють статистичну невизначеність у цих числах. Зростання даних (див. наступний слайд) на рівні 125 ГеВ є ознакою нової 125 ГеВ-частинки (бозон Хіггса).

Анімація еволюції даних для бозона Хіггса в міру накопичення знаходиться на оригінальному сайті.

Сигнал бозона Хіггса повільно росте над тлом.

Дані бозона Хіггса, що розпався на два фотони

Це гістограма інваріантної маси для розпаду бозона Хіггса на два фотони. Як ви можете бачити, фон дуже широкий у порівнянні з попереднім графіком. Так відбувається тому, що існує набагато більше процесів, що виробляють два фотони, ніж процесів з чотирма лептонами.

Пунктирна червона лінія показує тло, а жирна червона лінія показує суму фону та сигналу. Ми бачимо, що дані добре узгоджуються з новою часткою в районі 125 ГеВ.

Недоліки перших даних

«Пропорція, що гілкується» це просто ймовірність того, що частка розпадеться через даний канал розпаду. Ці пропорції передбачаються Стандартною Моделью і виміряні за допомогою багаторазового спостереження розпадів тих самих частинок.

Наступний графік показує кращі вимірювання пропорцій, що гілкуються, які ми можемо зробити станом на 2013 рік. Оскільки це пропорції, передбачені Стандартною Моделью, очікування дорівнює 1.0. Крапки є поточними вимірами. Очевидно, що відрізки помилок (червоні лінії) здебільшого ще дуже великі, щоб робити серйозні висновки. Ці відрізки скорочуються в міру отримання нових даних, і точки можуть переміщатися.

Як дізнатися, що людина спостерігає подія-кандидат на бозон Хіггса? Існують унікальні параметри, що виділяють такі події.

Чи є частка бозоном Хіггса?

Іншими словами, 4 липня частка виглядала як качка, але нам потрібно було переконатися, що вона плаває як качка і крякає як качка.

Всі результати експериментів ATLAS і CMS Великого адронного колайдера (а також колайдера Теватрон з Лабораторії Фермі) після 4 липня 2012 року показали чудову узгодженість з очікуваними розгалуженими пропорціями для п'яти режимів розпаду, обговорюваних вище, і узгодженість з очікуванням +1), які є основними квантовими числами.

Ці параметри мають важливе значення для визначення того, чи справді нова частка це бозон Хіггса або якась інша несподівана частка. Отже, всі наявні докази вказують на бозон Хіггса зі Стандартної Моделі.

Деякі фізики вважали це розчаруванням! Якщо нова частка це бозон Хіггса зі Стандартної Моделі, то, отже, Стандартна Модель по суті повністю завершена. Все, що тепер можна робити, так це проводити вимірювання зі зростаючою точністю того, що вже відкрито.

Але якщо нова частка виявиться чимось, непередбаченим Стандартною Моделью, то це відчинить двері безлічі нових теорій та ідей для перевірки. Несподівані результати завжди вимагають нових пояснень та допомагають штовхати теоретичну фізику вперед.

Звідки у Всесвіті з'явилася маса?

Протони і нейтрони виготовлені з трьох кварків, які набувають своєї маси, взаємодіючи з полем Хіггса.

АЛЕ… маси кварків роблять внесок у розмірі близько 10 МеВ, це приблизно 1% від маси протона та нейтрону. То звідки ж береться маса, що залишилася?

Виявляється, маса протона виникає за рахунок кінетичної енергії складових його кварків. Як ви, звичайно, знаєте, маса і енергія пов'язані рівністю E=mc 2 .

Отже, лише мала частина маси звичайної матерії у Всесвіті належить механізму Хіггса. Однак, як ми побачимо в наступному розділі, Всесвіт був би повністю безлюдний без хіггсівської маси, і нікому було б відкрити хіггсівський механізм!

Якби не було поля Хіггса?

Це не так очевидно.

Безперечно, нічого б не пов'язувало електрони в атомах. Вони б розліталися зі швидкістю світла.

Але кварки пов'язані сильним взаємодією і що неспроможні існувати у вільному вигляді. Деякі пов'язані стани кварків, можливо, збереглися б, але протонів і нейтронів не ясно.

Мабуть, усе це було б ядерно-подібну матерію. І, можливо, все це сколапсувало в результаті гравітації.

Факт, у якому ми точно впевнені: Всесвіт був би холодним, темним і неживим.
Так що бозон Хіггса рятує нас від холодного, темного, неживого Всесвіту, де немає людей, щоб відкрити бозон Хіггса.

Чи є бозон Хіггса бозоном зі Стандартної Моделі?

1. Незважаючи на те, що бозон Хіггса із Стандартної Моделі, є невеликі розбіжності, що свідчать про існування нової фізики (невідомої нині).
2. Існують більше ніж один бозон Хіггса, з іншими масами. Це також свідчить, що з'являться нові теорії дослідження.

Тільки час і нові дані допоможуть виявити чи чистоту Стандартної Моделі та її бозона, чи нові хвилюючі фізичні теорії.