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

«Горький мир» «Горький мир»

Российское общество тяжело переживало последствия Русско-японской войны

Дилетант
Инструкция по изживанию Инструкция по изживанию

Как Николай Островский уничтожил себя, чтобы стать идеальным текстом

Weekend
Из жизни галактик Из жизни галактик

Во Вселенной существует множество галактик, и каждая из них особенная

Наука и жизнь
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
Хлебное ухо Хлебное ухо

Сибирь. Рецепт необычных пельменей

Вокруг света
Ностальгия в глаз попала: 7 редких фотографий из СССР, которые вызывают неподдельные эмоции Ностальгия в глаз попала: 7 редких фотографий из СССР, которые вызывают неподдельные эмоции

Перед вами — малоизвестные фотографии, сделанные в СССР

ТехИнсайдер
Очарование легенды Очарование легенды

Наполеон сделал многое, чтобы придать своей личности образ сверхчеловека

Дилетант
«Сейчас идеальный — уже скучный» «Сейчас идеальный — уже скучный»

Анна Александрова о работе над сериалом и подростковых проблемах

OK!
Несчастливый образ жизни может состарить вас сильнее, чем курение и даже алкоголизм Несчастливый образ жизни может состарить вас сильнее, чем курение и даже алкоголизм

Как эмоциональное состояние влияет на биологический возраст

ТехИнсайдер
Екатерина Манойло: «Отец смотрит на Запад». Отрывок из дебютного романа Екатерина Манойло: «Отец смотрит на Запад». Отрывок из дебютного романа

Глава из многослойной истории поиска собственной идентичности Екатерины Манойло

СНОБ
Онежские поморы оказались генетически близки к финноязычному населению и скандинавам Онежские поморы оказались генетически близки к финноязычному населению и скандинавам

Российские генетики исследовали ДНК 130 онежских поморов мужского пола

N+1
Игра в Бога: как рука человека изменила орбиту астероида Игра в Бога: как рука человека изменила орбиту астероида

Люди впервые вмешались в природный ход небесных тел

Forbes
Какой мирный договор сделал Россию великой державой: история может удивлять Какой мирный договор сделал Россию великой державой: история может удивлять

Швеция была великой державой почти столетие, но уступила этот статус России

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
«Это проходит по категории смешного, но это совсем не смешно» «Это проходит по категории смешного, но это совсем не смешно»

Как происходит слияние госсмеха и госстраха

Weekend
Культ чистоты Культ чистоты

Чем чище мы становимся, тем чаще болеем. Почему?

Здоровье
Не будем фокусироваться на плохом: как позитивные установки мешают преодолеть кризис Не будем фокусироваться на плохом: как позитивные установки мешают преодолеть кризис

Чем опасно самовнушение, которое дарит надежду на лучшее

Forbes
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
Совсем как девочка: почему наши матери так боятся старости Совсем как девочка: почему наши матери так боятся старости

Страх старости — один из самых сильных для современных женщин

Psychologies
Учим ребенка адекватно выражать злость и гнев: 5 шагов Учим ребенка адекватно выражать злость и гнев: 5 шагов

Рассказываем, как оказать детям помощь в вопросах выражения гнева

Psychologies
Денежный вертолет: взлет и посадка Денежный вертолет: взлет и посадка

Как погасить глобальный всплеск инфляции?

Эксперт
Who is mister Reagan? Who is mister Reagan?

Рональда Рейгана часто называют самым улыбчивым президентом США за всю историю

Дилетант
Щелчок по носу: как мы растем через кризисы Щелчок по носу: как мы растем через кризисы

О точках роста в кризисных ситуациях рассказывает коуч Оксана Набок

Psychologies
«Мы сейчас все время в контексте окупаемости»: как меняется ресторанная индустрия «Мы сейчас все время в контексте окупаемости»: как меняется ресторанная индустрия

Светлана Дробот — о тренде на ближневосточную кухню и ведении бизнеса с мужем

Forbes
Япония Япония

Угрожающая страна дешевых яблок, теплых домов и широко мыслящих красивых людей

Правила жизни
Георгий Эфрон. «Ни к городу и ни к селу — езжай, мой сын, в свою страну» Георгий Эфрон. «Ни к городу и ни к селу — езжай, мой сын, в свою страну»

Дневники Георгия Эфрона как отражение непростой жизни сына Марины Цветаевой

Караван историй
Почему близкие становятся чужими и можно ли этого избежать Почему близкие становятся чужими и можно ли этого избежать

Почему люди на самом деле отдаляются и как этого избежать?

Psychologies
Как выглядели обложки женских журналов в самые сложные времена Как выглядели обложки женских журналов в самые сложные времена

Женские журналы служили своим читательницам даже в самые темные времена

VOICE
Остановись, мгновенье: 4 совета для тренировки осознанности — попробуйте прямо сейчас Остановись, мгновенье: 4 совета для тренировки осознанности — попробуйте прямо сейчас

Как правильно медитировать в повседневной жизни? И что нам это даст?

Psychologies
Даже 2 000 000 лет назад предки человека были высшими хищниками и отличались плотоядным характером Даже 2 000 000 лет назад предки человека были высшими хищниками и отличались плотоядным характером

Палеолитическая кухня была какой угодно, только не постной и зеленой

ТехИнсайдер
Открыть в приложении