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

Четвёртый закон робототехники Четвёртый закон робототехники

Какие следствия для ИИ должны вытекать из Четвертого закона робототехники?

Наука и жизнь
Взрослый секс Взрослый секс

13 фактов о сексе, которые вас порадуют

Новый очаг
Как возникают и гибнут опухолевые клетки Как возникают и гибнут опухолевые клетки

Механизм возникновения и гибели опухолевых клеток

Наука и жизнь
Призрачные привилегии: почему сегодня все еще важно говорить о гендерном равенстве Призрачные привилегии: почему сегодня все еще важно говорить о гендерном равенстве

Почему женские привилегии — это фантом, а равноправие все еще необходимо всем

Forbes
Раскрыть денежный потенциал Раскрыть денежный потенциал

Алексей Ситников – о том, как психология денег влияет на их количество

Psychologies
Как создательница Bobbi Brown Cosmetics продвигает в TikTok свой новый бренд Как создательница Bobbi Brown Cosmetics продвигает в TikTok свой новый бренд

Визажистка Бобби Браун запускает новый бизнес

Forbes
Штраф, отработка, арест? Штраф, отработка, арест?

Как могут наказать за доход, с которого ты не платишь налоги

Лиза
10 худших и самых редких суперкаров всех времён 10 худших и самых редких суперкаров всех времён

Представляем вам десятку редких суперкаров, которые являются одними из худших

ТехИнсайдер
Вино для друзей Вино для друзей

Российские виноделы меняют вектор экспортных поставок

Агроинвестор
Когда появилась строевая подготовка и почему ею до сих пор занимаются в современной армии Когда появилась строевая подготовка и почему ею до сих пор занимаются в современной армии

«Если вы такие умные, то почему строем не ходите?»

VOICE
Почему в XVII веке девушек на портретах писали с обнаженной грудью? Почему в XVII веке девушек на портретах писали с обнаженной грудью?

Что в XVII веке значила обнаженная женская грудь?

Maxim
Время тёплых вещей: простые решения как сохранить внешний вид ваших кашемировых изделий Время тёплых вещей: простые решения как сохранить внешний вид ваших кашемировых изделий

Рассказываем, как продлить срок службы ваших вещей из кашемира!

ТехИнсайдер
«Мой дом — моя крепость»: 4 совета архитектора для уютного пространства «Мой дом — моя крепость»: 4 совета архитектора для уютного пространства

Как обустроить ваше личное комфортное «гнездо»

Psychologies
10 самых скверных женских вопросов на первом свидании 10 самых скверных женских вопросов на первом свидании

Иногда лучше мычать, чем говорить: самый страшный опыт знакомств.

Maxim
«Рынок будет трансформироваться»: Катя Мухина о глянце, моде и своем новом проекте «Рынок будет трансформироваться»: Катя Мухина о глянце, моде и своем новом проекте

Катя Мухина — о том, почему в России сложно делать печатные журналы

Forbes
Банки и депрессия: за что дали Нобелевку по экономике Банки и депрессия: за что дали Нобелевку по экономике

Почему экономика так сильно падает?

N+1
8 самых распространенных заблуждений про кофе 8 самых распространенных заблуждений про кофе

Давай проверим, что ты знаешь про самую популярную зависимость современности!

Maxim
Золото Мирмекия: монеты Александра Великого в крымской земле Золото Мирмекия: монеты Александра Великого в крымской земле

Откуда на берегах Керченского пролива так много кладов?

N+1
Ветряки с вертикальной осью оказались эффективнее солнечных батарей в 1,5 раза! Ветряки с вертикальной осью оказались эффективнее солнечных батарей в 1,5 раза!

Новая разработка для улавливания энергии ветра на крыше

ТехИнсайдер
Рецепт крушения: что такое «капитанизм» и почему это опасно для команды Рецепт крушения: что такое «капитанизм» и почему это опасно для команды

Чем плоха излишняя сплоченность внутри группы

Forbes
5 отличных детективов, которые ты мог пропустить 5 отличных детективов, которые ты мог пропустить

5 книг специально для любителей закрученных сюжетов

Maxim
Приступ инфантилизма: 5 причин, почему мы боимся взрослеть Приступ инфантилизма: 5 причин, почему мы боимся взрослеть

По каким причинам люди боятся взрослеть?

VOICE
Тайны кальянов: мегазатяжки, кокос и чайный лист Тайны кальянов: мегазатяжки, кокос и чайный лист

Курение кальяна овеяно кучей легенд. Что из них правда?

Maxim
На изящном: история «Ночных птиц» Эдварда Хоппера — картины, повлиявшей на кинематограф На изящном: история «Ночных птиц» Эдварда Хоппера — картины, повлиявшей на кинематограф

Какой мир конструировал художник Эдвард Хоппер в своих полотнах?

Правила жизни
Мое личное тело Мое личное тело

Дряблая кожа, отсутствие подтянутого мышечного корсета – как с этим бороться

Добрые советы
Лучшие закуски к пиву: вобла, чипсы и все-все-все Лучшие закуски к пиву: вобла, чипсы и все-все-все

Чем все любят закусывать пиво

Maxim
Четыре причины не бояться одиночества Четыре причины не бояться одиночества

Почему страх одиночества не стоит жертв?

Psychologies
Дагомейские амазонки: история африканских воительниц, которых боялись даже солдаты Дагомейские амазонки: история африканских воительниц, которых боялись даже солдаты

Западноафриканское королевство Дагомея сравнивали со Спартой

Forbes
Изменение климата сделало экстремальную летнюю засуху в 20 раз более вероятной Изменение климата сделало экстремальную летнюю засуху в 20 раз более вероятной

Засуха лета 2022 года принесла настоящие бедствия

ТехИнсайдер
Хочешь в старшие классы или вуз — давай деньги: зачем Сталин ввел платное образование Хочешь в старшие классы или вуз — давай деньги: зачем Сталин ввел платное образование

16 лет за учебу в Советском Союзе приходилось платить

VOICE
Открыть в приложении