Бозон Хиггса может стать ключом к решению некоторых основных проблем в физике

Наука и жизньНаука

Бозон Хиггса — 10 лет спустя

Кандидат физико-математических наук Алексей Понятов

Детекторы ATLAS (вверху) и CMS (внизу) — основные инструменты для изучения поля Хиггса. Источник: CERN

Открытие бозона Хиггса коллаборациями ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (БАК, LHC) десять лет назад, в 2012 году, дало старт новому этапу изучения элементарных частиц и фундаментальных физических взаимодействий. Значение открытия заключалось не только в том, что была обнаружена новая, долгожданная частица, существование которой было предсказано теоретически полвека ранее, но и в том, что существование этой частицы даёт первое прямое свидетельство того, что вокруг нас существует ещё одно фундаментальное поле, известное в теории как поле Хиггса. Оно необходимо в физике для описания мира, каким мы его знаем. О значении открытия бозона Хиггса, сделавшего это поле реальностью, говорит тот факт, что уже год спустя Нобелевская премия была присуждена Франсуа Энглеру и Питеру Хиггсу, которые вместе с покойным Робертом Браутом первыми высказали идею о потенциальной важности такого поля для фундаментальной физики*.

Некоторые физические поля знакомы нам даже в обычной жизни, например, магнитное или гравитационное поля. Самое важное различие между полем Хиггса и ними состоит в том, что если убрать источник, скажем, магнитного поля, то магнитное поле исчезнет. А вот поле Хиггса не равно нулю везде и всегда, независимо от того, присутствует ли во Вселенной что-либо ещё. Однако в повседневной жизни мы не замечаем, что поле Хиггса окружает нас повсюду. Мы не способны обнаружить его не только при помощи чувств, но напрямую даже посредством приборов. Единственный способ обнаружить поле Хиггса — это потревожить его, сделать что-то вроде броска камня в воду, после которого на её поверхности можно увидеть рябь. Частица, известная как бозон Хиггса, — есть проявление такого возмущения. Невозможно исследовать взаимодействие какой-либо частицы с полем Хиггса, однако вместо этого можно измерить её взаимодействие с возбуждениями поля Хиггса, то есть с бозоном Хиггса.

Современная теория микромира, известная как Стандартная модель, обеспечивает описание элементарных частиц и их взаимодействий: сильного, слабого и электромагнитного. В ней, помимо бозона Хиггса, есть ещё два вида фундаментальных частиц, выделяемых по величине спина. Частицы с полуцелым спином (лептоны и кварки) получили название фермионы и объединены в три поколения. Верхний и нижний кварки и электрон, из которых состоит обычная материя, образуют первое поколение. Второе и третье поколения связаны с более тяжёлыми частицами, обычно не присутствующими в окружающем нас мире. Кроме того, существуют частицы с целым спином, служащие носителями взаимодействий: фотон, бозоны W и Z и глюон, которые вместе называются векторными бозонами. Обмен бозонами создаёт силу притяжения или отталкивания между фермионами. Фотоны отвечают за электромагнитное взаимодействие, W- и Z-бозоны — за слабое и глюоны — за сильное. Бозон Хиггса — пока единственная элементарная частица со спином, равным нулю. Она стоит несколько особняком и занимает совсем иное место в устройстве нашего мира**. Впрочем, целый ряд теорий предсказывает, что подобных частиц может быть несколько. Все они получили название хиггсовского сектора элементарных частиц.

Введение в физику поля Хиггса связано с решением проблемы масс бозонов W и Z, которые были обнаружены экспериментально. Однако уравнения движения этих частиц при учёте обычных массовых членов становились некорректными. Требовалось понять, как у них возникает эта масса и как её учесть, при том, что фотоны и глюоны остаются безмассовыми. В 1964 году несколько учёных, среди которых был британский физик Питер Хиггс, предположили, что существует особое поле, при взаимодействии с которым частицы приобретают массу. Позже его назвали полем Хиггса, а процесс обретения массы — хиггсовским механизмом. По мере развития Стандартной модели этот механизм объяснил и возникновение масс фермионов. Каждая частица взаимодействует с полем Хиггса с разной силой, и чем сильнее взаимодействие, тем больше результирующая масса частицы.

На сегодняшний день экспериментально установлено взаимодействие бозона Хиггса помимо W- и Z-бозонов с самыми массивными фермионами третьего поколения (t- и b-кварки, тау-лептон). Из частиц второго поколения есть первое свидетельство этого для мюона. Физики ожидают его окончательное подтверждение в ближайшие 5—10 лет. Для решения вопроса по c-кварку необходим коллайдер нового типа. Что касается s-кварка и первого поколения фермионов, то исследователи пока не знают чёткого пути обнаружения их взаимодействия с бозоном Хиггса. Возможно, он будет найден в будущем.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Азиатские сообщества в Москве Азиатские сообщества в Москве

Азиатские коммьюнити: быт, страх и надежды их представителей

Правила жизни
Минеральные помощники первой жизни Минеральные помощники первой жизни

Откуда взялась заполонившая современную Землю жизнь?

Наука и жизнь
Омега: как удержать баланс Омега: как удержать баланс

Почему дисбаланс полиненасыщенных кислот может привести к проблемам?

Здоровье
Красный. Это Ferrari Красный. Это Ferrari

Красные феррари стали синонимом слова «скорость»

Вокруг света
«Я делаю шаг» «Я делаю шаг»

На СТС в самом разгаре шоу «Маска. Танцы». А ведущим стал Юрий Музыченко

OK!
«Чувствую полную гармонию…» История болезни Достоевского «Чувствую полную гармонию…» История болезни Достоевского

Почему тайну личности Достоевского способен постичь только врач?

Наука и жизнь
Почему опасно быть милым: 6 причин Почему опасно быть милым: 6 причин

Что плохого в умении быть приятным, любезным, легким в общении?

Psychologies
На задворках Солнечной системы На задворках Солнечной системы

Какие тайны скрывают далёкие мало изученные миры?

Наука и жизнь
Налог на новую географию Налог на новую географию

В какую сумму обойдется экспортерам углеродная нагрузка от «поворота на Восток»

РБК
«Заговор военных»: анатомия мифа «Заговор военных»: анатомия мифа

Как появилась легенда о некоем «заговоре военных» для свержения Сталина

Дилетант
«Одноклеточная биология» «Одноклеточная биология»

Все живые существа состоят из клеток, и клетки эти — разные

Наука и жизнь
Жажда правды Жажда правды

Журналистское расследование, открывшее миру голодомор

Дилетант
С тобой плохо, без тебя еще хуже С тобой плохо, без тебя еще хуже

Как распознать зависимые отношения и выбраться из них

Лиза
Космические тоннели Космические тоннели

Существуют ли кротовые норы?

Популярная механика
Как поставить пароль на компьютер: несколько способов для разных ОС Как поставить пароль на компьютер: несколько способов для разных ОС

Как поставить пароль на компьютер с разными версиями Windows

CHIP
Разглядеть богатство под землей Разглядеть богатство под землей

Российские недра богаты, но нужно знать, где искать

Наука
Секс с новыми вводными Секс с новыми вводными

Секс — это в первую очередь мозги

Men Today
Звезды над дюнами Звезды над дюнами

Путешествие к секретам Аравийской пустыни

Вокруг света

Предлагаем разобраться в этимологии самых популярных идиом

ТехИнсайдер
Зачем нужен ирригатор и можно ли им заменить зубную щетку? Зачем нужен ирригатор и можно ли им заменить зубную щетку?

Чтобы поддерживать чистоту полости рта, зубной щетки и зубной пасты недостаточно

Maxim
Как выбрать посудомоечную машину и не стоять у раковины каждый день Как выбрать посудомоечную машину и не стоять у раковины каждый день

Надоело решать, кто в семье моет посуду? Купите уже посудомоечную машину!

CHIP
В России всегда было В России всегда было

В разные времена некоторые люди хвалят, а некоторые хулят Россию

ТехИнсайдер
«Я не хотела жить»: бывшая жена Пьера Нарцисса после его смерти перенесла депрессию «Я не хотела жить»: бывшая жена Пьера Нарцисса после его смерти перенесла депрессию

Экс-жена Пьера Нарцисса приходит в себя после смерти бывшего мужа

VOICE
Бада-бум обетованный Бада-бум обетованный

«Пятый элемент» Люка Бессона: утопия, которую мы потеряли

Weekend
Как открыть банку без консервного ножа: 3 проверенных метода Как открыть банку без консервного ножа: 3 проверенных метода

Отсутствие открывашки не должно стать препятствием к консервированной пище

ТехИнсайдер
Жить легко и без усилий — правда или вымысел? Жить легко и без усилий — правда или вымысел?

В глубине души все хотят легкой и беззаботной жизни. Но возможно ли это?

Psychologies
Детская урбанистика: как бизнес может создавать комфортную городскую среду Детская урбанистика: как бизнес может создавать комфортную городскую среду

Дети становятся важным ориентиром для развития городских проектов будущего

Forbes
5 древнейших цивилизаций, которые загадочно исчезли: от майя до скандинавских поселенцев 5 древнейших цивилизаций, которые загадочно исчезли: от майя до скандинавских поселенцев

Перед вами цивилизации, которые оставили археологам массу загадок

ТехИнсайдер
Исполнительный директор Еврейского музея — о толерантности как искусстве Исполнительный директор Еврейского музея — о толерантности как искусстве

Для серьезной институции музейная лавка и кафе значат не меньше, чем фонды

РБК
Открыть в приложении