Бозон хиггса фото


Бозон Хиггса

Все помнят шумиху вокруг открытия бозона Хиггса, произошедшего в 2012 году. Все помнят, но многие так до сих пор в полной мере и не понимают, что это был за праздник? Мы решили разобраться, просветиться, и заодно рассказать о том, что такое бозон Хиггса простыми словами!

Стандартная модель и бозон Хиггса

Начнем с самого начала. Частицы делятся на бозоны и фермионы. Бозоны – это частицы с целым спином. Фермионы — с полуцелым.

Бозон Хиггса – это такая элементарная частица, которая была предсказана теоретически еще в 1964 году. Элементарный бозон, возникающий вследствие механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии.

Понятно? Не очень. Чтобы стало понятнее, нужно рассказать про Стандартную модель.

 

Питер Хиггс, предсказавший существование бозона Хиггса.
Питер Хиггс, предсказавший существование бозона Хиггса.

 


Стандартная модель – одна из основных современных моделей описания мира. Она описывает взаимодействие элементарных частиц. Как мы знаем, в мире есть 4 фундаментальных взаимодействия: гравитационное, сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное мы сразу не рассматриваем, т.к. оно имеет иную природу и не входит в модель. А вот сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия описываются в рамках стандартной модели. Причем, согласно этой теории вещество состоит из 12 фундаментальных элементарных частиц-фермионов. Бозоны же являются переносчиками взаимодействий. Оформить дипломную работу на заказ вы можете прямо у нас на сайте.

 

Стандартная модель. Частицы.
Стандартная модель. Частицы.

 

Так вот, из всех частиц, предсказанных в рамках стандартной модели, не обнаруженным экспериментально оставался бозон Хиггса. Согласно Стандартной модели этот бозон, являясь квантом поля Хиггса, отвечает за то, что у элементарных частиц есть масса. Представим, что частицы – это бильярдные шары, помещенные на сукно стола. В данном случае сукно – это и есть поле Хиггса, обеспечивающее массу частиц.

Как искали бозон Хиггса?


На вопрос, когда открыли бозон Хиггса, нельзя ответить точно. Ведь теоретически его предсказали в 1964 году, а подтвердили существование экспериментально только в 2012. И все это время неуловимый бозон искали! Искали долго и упорно. До БАК в ЦЕРНе работал другой ускоритель, электрон-позитронный коллайдер. Также был Теватрон в Иллинойсе, но и его мощностей не хватило для выполнения задачи, хотя эксперименты, конечно же, дали определенные результаты.

Дело в том, что бозон Хиггса – частица тяжелая, и обнаружить его очень непросто. Суть эксперимента проста, сложна реализация и интерпретация результатов. Берутся два протона на околосветовой скорости и сталкиваются лоб в лоб. Протоны, состоящие из кварков и антикварков, от такого мощного столкновения разваливаются и появляется множество вторичных частиц. Именно среди них и искали бозон Хиггса.

 

Поиски бозона Хиггса
Поиски бозона Хиггса

 

Проблема еще и в том, что подтвердить существование этого бозона можно лишь косвенно. Период, в который существует бозон Хиггса, крайне мал, как и расстояние между точками исчезновения и возникновения. Измерить такие время и расстояние напрямую невозможно. Зато Хиггс не исчезает бесследно, и его можно вычислить по «продуктам распада».

Хотя такой поиск очень похож на поиск иголки в стоге сена.


даже не в одном, а в целом поле стогов. Дело в том, что бозон Хиггса распадается с разной вероятностью на разные «наборы» частиц. Это может быть пара кварк-антикварк, W-бозоны или самые массивные лептоны, тау-частицы. В одних случаях эти распады крайне трудно отличить от распадов других частиц, а не именно Хиггса. В других – невозможно достоверно зафиксировать детекторами. Несмотря на то что детекторы БАК – самые точные и мощные измерительные приборы, созданные людьми, они могут измерить не все.  Лучше всего фиксируется детекторами превращение Хиггса в четыре лептона. Однако вероятность этого события очень мала — всего 0,013%.

 

Детектор ATLAS
Детектор ATLAS

 

Тем не менее, за полгода экспериментов, когда за одну секунду в коллайдере происходят сотни миллионов столкновений протонов, было выявлено целых 5 таких  четырехлептонных случаев. Причем зафиксированы они были на двух разных детекторах-гигантах: ATLAS и CMS. Согласно независимому расчету с данными одного и другого детектора, масса частицы составляла примерно 125ГэВ, что соответствует теоретическому предсказанию для бозона Хиггса.

Для полного и точного подтверждения того, что обнаруженная частица была именно именно бозоном Хиггса, пришлось провести еще очень много опытов. И несмотря на то, что сейчас бозон Хиггса обнаружен, эксперименты в ряде случаев расходятся с теорией, так что Стандартная модель, как считают многие ученые, скорее всего является частью более совершенной теории, которую еще предстоит открыть.

 


Детекторы БАК
Детекторы БАК

 

Открытие бозона Хиггса, определенно, одно из главных открытий 21 века. Его открытие — огромный шаг в понимании устройства мира. Если бы не он,  все частицы были  бы безмассовыми, как фотоны, не существовало бы ничего, из чего состоит наша материальная Вселенная. Бозон Хиггса — шаг к пониманию того, как устроена вселенная. Бозон Хиггса даже назвали частицей бога или проклятой частицей. Впрочем, сами ученые предпочитают называть его бозоном бутылки шампанского. Ведь такое событие, как открытие бозона Хиггса, можно отмечать годами.

Друзья, сегодня мы взрывали мозг бозоном Хиггса. А если Вы уже устали взрывать свой мозг бесконечными рутинными или непосильными заданиями по учебе, обратитесь за помощью к авторам нашей компании. Как всегда мы поможем Вам быстро и качественно решить любой вопрос.

Источник: Zaochnik-com.ru

Последняя неизвестная

Что такое бозон Хиггса и в чем важность его открытия? Почему он стал предметом столь большой шумихи, финансирования и дезинформации? По двум причинам.


-первых, он был последней неоткрытой частицей, необходимой для подтверждения Стандартной модели физики. Ее открытие означало, что целое поколение научных публикаций не было напрасным. Во-вторых, этот бозон дает другим частицам их массу, что придает ему особое значение и некоторое «волшебство». Мы склонны думать о массе как о внутреннем свойстве вещей, но физики считают иначе. Говоря простым языком, бозон Хиггса – это частица, без которой массы принципиально не существует.

Еще одно поле

Причина кроется в так называемом поле Хиггса. Оно было описано еще до бозона Хиггса, поскольку физики его рассчитали для нужд своих собственных теорий и наблюдений, требовавших наличия нового поля, действие которого распространялось бы на всю Вселенную. Подкрепление гипотез путем изобретения новых составляющих Вселенной опасно. В прошлом, например, это привело к созданию теории эфира. Но чем больше производилось математических расчетов, тем больше физики понимали, что поле Хиггса должно существовать в реальности. Единственной проблемой было отсутствие практических возможностей его наблюдения.

В Стандартной модели физики элементарные частицы получают массу посредством механизма, основанного на существовании поля Хиггса, пронизывающего все пространство. Он создает бозоны Хиггса, для чего требуется большое количество энергии, и это является главной причиной того, почему ученые нуждаются в современных ускорителях частиц для проведения высокоэнергетических экспериментов.

Откуда берется масса?


Сила слабых ядерных взаимодействий с ростом расстояния быстро падает. Согласно квантовой теории поля, это означает, что частицы, которые участвуют в ее создании – W- и Z-бозоны, – должны обладать массой, в отличие от глюонов и фотонов, у которых массы нет.

Проблема заключается в том, что калибровочные теории оперируют только безмассовыми элементами. Если калибровочные бозоны имеют массу, то такая гипотеза не может быть разумно определена. Механизм Хиггса позволяет избежать этой проблемы путем введения нового поля, называемого полем Хиггса. При высоких энергиях калибровочные бозоны массой не обладают, и гипотеза работает, как ожидалось. При низких энергиях поле вызывает нарушение симметрии, которое позволяет элементам иметь массу.

Что такое бозон Хиггса?

Поле Хиггса порождает частицы, называемые бозонами Хиггса. Теорией их масса не оговаривается, но в результате эксперимента было определено, что она равна 125 ГэВ. Говоря простым языком, бозон Хиггса своим существованием окончательно подтвердил Стандартную модель.

Механизм, поле и бозон носят имя шотландского ученого Питера Хиггса. Хотя он и не был первым, кто предложил эти понятия, а, как это часто случается в физике, просто оказался тем, в честь кого они были названы.

Нарушение симметрии

Считалось, что поле Хиггса несет ответственность за то, что частицы, которые иметь массу не должны, ею обладали.


о универсальная среда, наделяющая частицы без массы различными массами. Такое нарушение симметрии объясняют по аналогии со светом – все длины волн движутся в вакууме с одинаковой скоростью, в призме же каждая длина волны может быть выделена. Это, конечно, некорректная аналогия, так как белый свет содержит все длины волн, но пример показывает, как представляется создание полем Хиггса массы благодаря нарушению симметрии. Призма ломает симметрию скорости различных длин волн света, разделяя их, и поле Хиггса, как полагают, ломает симметрию масс некоторых частиц, которые в противном случае симметрично безмассовы.

Как объяснить простым языком бозон Хиггса? Только недавно физики поняли, что если поле Хиггса действительно существует, его действие потребует наличия соответствующего носителя со свойствами, благодаря которым его можно наблюдать. Предполагалось, что эта частица относилась к бозонам. Бозон Хиггса простым языком – это так называемая сила-носитель, такая же, как фотоны, которые являются носителями электромагнитного поля Вселенной. Фотоны, в некотором смысле, являются его локальными возбуждениями так же, как бозон Хиггса является локальным возбуждением его поля. Доказательство существование частицы с ожидаемыми физиками свойствами было фактически равнозначно непосредственному доказательству существования поля.

Эксперимент

Многие годы планирования позволили Большому адронному коллайдеру (LHC) стать опытом, достаточным для потенциального опровержения теории бозона Хиггса.


-км кольцо сверхмощных электромагнитов может ускорить заряженные частицы до значительных долей скорости света, вызывая столкновения достаточной силы, чтобы разделить их на составляющие, а также деформировать пространство вокруг точки удара. Согласно расчетам, при энергии столкновения достаточно высокого уровня можно зарядить бозон так, что он распадется и это можно будет наблюдать. Эта энергия была настолько большой, что некоторые даже запаниковали и предрекали конец света,а фантазия других разошлась настолько, что обнаружение бозона Хиггса описывалось как возможность заглянуть в альтернативное измерение.

Окончательное подтверждение

Первоначальные наблюдения, казалось, на самом деле опровергали предсказания, и никаких признаков частицы обнаружить не удалось. Некоторые исследователи, участвовавшие в кампании за расходование миллиардов долларов, даже появились на телевидении и кротко констатировали факт, что опровержение научной теории столь же важно, как и его подтверждение. Через некоторое время, однако, измерения стали складываться в общую картину, и 14 марта 2013 г. CERN официально объявил о подтверждении существования частицы. Есть основания предполагать существование множественных бозонов, но эта идея нуждается в дальнейшем изучении.

Через два года после того как CERN объявил об открытии частицы, ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, смогли это подтвердить. С одной стороны, это стало огромной победой науки, а с другой много ученых было разочаровано. Если кто-то надеялся, что бозон Хиггса окажется частицей, которая приведет к странным и удивительным областям за пределами Стандартной модели – суперсимметрии, темной материи, темной энергии, – то, к сожалению, это оказалось не так.


Исследование, опубликованное в Nature Physics, подтвердило распад на фермионы. Стандартная модель предсказывает, что, говоря простым языком, бозон Хиггса является частицей, которая дает фермионам их массу. Детектор CMS коллайдера, наконец, подтвердил их распад на фермионы – нижние кварки и тау-лептоны.

Бозон Хиггса простым языком: что это такое?

Данное исследование окончательно подтвердило, что это бозон Хиггса, предсказанный Стандартной моделью физики элементарных частиц. Он расположен в области массы-энергий 125 ГэВ, не имеет спина, и может распадаться на множество более легких элементов – пар фотонов, фермионов и т. д. Благодаря этому можно уверенно говорить о том, что бозон Хиггса, простым языком говоря, является частицей, дающей массу всему.

Разочаровало стандартное поведение новооткрытого элемента. Если бы его распад хоть немного отличался, он был бы связан с фермионами иначе, и возникли бы новые направления исследований. С другой стороны, это означает, что мы ни на шаг не продвинулись за пределы Стандартной модели, которая не учитывает гравитацию, темную энергию, темную материю и другие причудливые явления реальности.


Сейчас можно только догадываться о том, чем они вызваны. Наиболее популярна теория суперсимметрии, которая утверждает, что каждая частица Стандартной модели имеет невероятно тяжелого суперпартнера (таким образом, составляя 23 % Вселенной – темной материи). Обновление коллайдера с удвоением его энергии столкновений до 13 ТэВ, вероятно, позволит обнаружить эти суперчастицы. В противном случае суперсимметрии придется подождать постройки более мощного преемника LHC.

Дальнейшие перспективы

Так какова будет физика после бозона Хиггса? LHC совсем недавно возобновил свою работу с существенными улучшениями и способен увидеть все — от антивещества до темной энергии. Считается, что темная материя взаимодействует с обычной исключительно посредством гравитации и через создание массы, и значение бозона Хиггса является ключевым для понимания того, как именно это происходит. Основной недостаток Стандартной модели состоит в том, что она не может объяснить действие силы тяжести – такую модель можно было бы назвать Великой единой теорией, – и некоторые полагают, что частица и поле Хиггса могут стать тем мостом, который физики так отчаянно пытаются найти.

Существование бозона Хиггса подтвердилось, но до полного его понимания еще очень далеко. Опровергнут ли будущие опыты суперсимметрию и идею о ее разложении на саму темную материю? Или они подтвердят все, до мельчайших подробностей, предсказания стандартной модели о свойствах бозона Хиггса и с данной областью исследований будет покончено навсегда?

Источник: FB.ru

Свойства хиггсовского бозона

Бозон Хиггса имеет множество уникальных свойств, позволившим получить ему еще одно название – частица Бога. Открытый квант обладает цветным и электрическими зарядами, а его спин по факту равняется нулю. Это означает, что он не имеет квантового вращения.  К тому же, бозон полноценно участвует в гравитационных реакциях и склонен к распаду на пары из b-кварка и b-антикварка, фотонов, электронов и позитронов в сочетании с нейтрино. Однако параметры этих процессов по ширине не превышают 17 мегаэлектроновольт (МэВ). Помимо вышеперечисленных характеристик частица Хиггса способна распадаться на лептоны и W-бозоны. Но, к сожалению, они видны недостаточно хорошо, что значительно осложняет изучение, контроль и анализ явления. Однако в те редкие моменты, когда их все же получалось фиксировать, удалось установить, что они вполне соответствуют типичным для таких случаев физическим моделям элементарных частиц.

Предсказание и история открытия бозона Хиггса

В 2013 году англичанин Питер Хиггс и подданный Бельгии Франсуа Энглер получили Нобелевскую премию по физике за открытие и обоснование существования механизма, позволяющего понять, как и из чего происходят массы элементарных частиц. Однако задолго до этого уже проводились различные эксперименты и попытки открыть бозон Хиггса. Еще в 1993 году в Западной Европе начались подобные исследования с использованием мощностей Большого электронно-позитронного коллайдера. Но в итоге они не смогли в полном объеме принести результатов, ожидаемых организаторами данного проекта. К изучению вопроса подключалась и российская наука. Так в 2008-2009 гг. небольшой командой ученых ОИЯИ был произведен уточненный расчет массы хиггсовского бозона. Совсем недавно, весной 2015 года, коллаборации, известные всему научному миру, ATLAS и CMS, вновь провели корректировку массы хиггсовского бозона, которая по этим сведениям приблизительно равна 125,09±0,24 гигаэлектронвольтов (ГэВ).

Эксперименты по поиску и оценке параметров бозона Хиггса

Как уже упоминалось выше, первоначальные поисковые и оценочные эксперименты по определению массы бозона были начаты еще в 1993 году. Комплексные исследования, проводимые на Большом электронно-позитронном коллайдере, финишировали в 2001 году. Полученные благодаря этому эксперименту результаты были дополнительно откорректированы в 2004 году. По уточненным расчетам верхняя грань его массы равнялась 251 гигаэлектроновольт (ГэВ). В 2010 году была выявлена разница, равная 1%, в количестве появляющихся в ходе распада b-мезона, мюонов и антимюонов.

Несмотря на статистические недочеты, получаемые с 2011 года данные с Большого андронного коллайдера, поступали по-прежнему регулярно. Это давало надежду на исправление неточных сведений. Выявленная спустя год новая элементарная частица, которая имела идентичную четность и способность распадаться, как и хиггсовский бозон, была подвергнута серьезной критике и сомнению в 2013 году. Однако уже к концу сезона обработка всех накопленных данных привела к однозначным выводам: новая открытая частица, несомненно, является искомым бозоном Хиггса и принадлежит к Стандартной физической модели.

Интересные факты о бозоне Хиггса

Одним из наиболее интереснейших и невероятных фактов о хиггсовском бозоне является то, что его, по сути, не существует в природе. Следовательно, эта частица, в отличие от остальных фундаментальных элементов, не находится в окружающем нас пространстве. Объясняется это тем, что бозон Хиггса исчезает практически моментально после своего рождения. Происходит такая мгновенная метаморфоза посредством распада частицы. При этом за свое наикратчайшее существование бозон даже не успевает войти во взаимодействие с чем-либо еще.

Также весьма интересными и привлекающими к себе внимание фактами можно назвать, так называемые «прозвища», которые были присвоены хиггсовскому бозону. Эпатажные названия попадали в общественное использование благодаря средствам массовой информации. Одно из них было придумано вновь открытому кванту Леоном Ледерманом, лауреатом Нобелевской премии, и звучало как «чертова частица». Однако оно не было пропущено в печатное издание труда редактором и было заменено на «частицу Бога» или «божью частицу».

Другие массовые названия бозона Хиггса

Несмотря на популярность ледермановских «прозвищ», данных им бозону Хиггса, подавляющее большинство ученых не одобряют их и чаще используют другое «простонародное» название. Оно переводится как «бозон бутылки с шампанским». Основой для появления такой терминологии в обозначении хиггсовского бозона послужило некое сходство его комплексного поля с дном стеклянной бутылки из-под шампанского. Не меньшее значение для ученых «озорников» имеет и аллегоричное сравнение, намекающее на обилие выпитого шампанского по поводу открытия важной частицы.

Стоит обратить внимание и на то, что имеют место быть, так называемые, бесхиггсовые физические модели, разработанные еще до открытия бозона. Они предполагают своеобразное расширение стандартности.

Современная наука не стоит на месте, а непрерывно и неуклонно развивается. Накопленные в сегодняшней физике и смежных с ней областях знания, позволили не только предсказать, но и, собственно говоря, совершить открытие бозона Хиггса. Но изучение его свойств и обозначение сфер применения добытых сведений находится лишь в начальной стадии. Поэтому современным физикам и астрономам еще предстоит много работы и экспериментов, связанных с исследованием этой основополагающей для Вселенной частицы.

Источник: SpaceGid.com

Загон для бозона

Теория не дает возможности определить массу хиггсовского бозона — это можно сделать только экспериментально. Долгое время не удавалось сделать даже приблизительных оценок этой массы, была известна лишь ее верхняя граница — примерно 1000 ГэВ.

СМ позволяет вычислить вероятности различных способов (каналов) рождения и распада хиггса в экспериментах на ускорителях. Однако результаты этих вычислений сильно зависят от его массы, которая изначально неизвестна. С другой стороны, необходимы хотя бы гипотетические значения этих вероятностей, иначе следы распадов попросту утонут в великом множестве прочих событий, следующих за столкновениями высокоэнергетичных частиц. Поэтому задолго до начала экспериментов на ускорителях теоретики обсчитали вероятности различных процессов рождения и распада хиггса. Первая такая работа была опубликована еще в 1975 году, хотя ее авторы рассматривали процессы, характерные для массы бозона 10 ГэВ (возможности ускорителей в то время были ограничены).

Бозон хиггса фото

Но с начала 1990-х годов, когда началась настоящая охота на неуловимую частицу, физики постепенно стали огораживать красными флажками области масс, где хиггса быть не может. С 1989 по 2000 год в ЦЕРНе функционировал Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP), для которого был сооружен подземный круговой 27-км туннель (сейчас там находится главное кольцо БАК). Энергию столкновения частиц в LEP, которая вначале не превышала 90 ГэВ, со временем удалось увеличить более чем вдвое. Анализ экспериментов LEP показал, что масса хиггса не может быть меньше 114,4 ГэВ. С 2007 по 2011 год его искали на американском протон-антипротонном ускорителе Tevatron, что еще более сузило (правда, статистически не слишком достоверно) диапазон масс хиггса — до 115−135 ГэВ. Обнародованные в конце 2011 года результаты экспериментов на БАК позволили предположить, что масса хиггса находится точно в середине этого интервала, в промежутке между 124 и 126 ГэВ. Поэтому экспериментальные данные 2012 года обсчитывали на основе допущения, что она составляет 125 ГэВ.

Протонная сборка

В отличие от LEP и Tevatron, где сталкиваются частицы и античастицы, БАК оперирует только протонами. В 2010—2011 годах их энергия составляла 3,5 ГэВ, а в 2012 году возросла до 4 ТэВ. В феврале этого года БАК закрыли до 2016 года на модернизацию, по завершении которой энергию частиц в каждом пучке доведут до 7 ТэВ (следовательно, суммарная энергия составит 14 ТэВ), а также увеличат частоту столкновений (светимость коллайдера).

В процессе поиска бозона Хиггса в коллайдере одновременно крутились 500 трлн протонов, сгруппированных приблизительно в 2800 сгустков (банчей). Поиск вели на главных детекторных комплексах коллайдера ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) и CMS (Compact Muon Solenoid). В детекторах управляющие электромагнитные поля сводят протоны с параллельных траекторий и направляют навстречу друг другу. Хотя в столкновении двух банчей и участвуют сотни миллиардов частиц, в 2011 году среднее число межпротонных соударений на один такой контакт не превышало десятка, а в 2012-м увеличилось до двадцати. Но поскольку банчи пересекались 20 млн раз в секунду, то суммарное количество ежесекундных столкновений измерялось сотнями миллионов. Лобовой удар двух протонов (которые состоят из кварков и антикварков, скрепленных глюонным полем), разогнанных почти до световой скорости, порождает множество вторичных частиц, среди которых могут встретиться и хиггсы.

Бозон хиггса фото Комплексы ATLAS и CMS содержат трековые детекторы, определяющие траекторию частиц, и электромагнитный калориметр для измерения энергии фотонов, электронов и позитронов. Энергии адронов измеряются с помощью адронного калориметра, мюонов — мюонного спектрометра. Нейтрино ускользают из всех детекторов, но уносят с собой часть суммарного импульса.

Отпечатки пальцев

Бозон Хиггса не только трудно изготовить — его очень нелегко обнаружить. Время его жизни, согласно СМ, составляет 1,6 х 10−22 с, а расстояние между точками его возникновения и исчезновения не превышает нескольких десятков фемтометров. И хотя детекторы БАК — чудо измерительной техники, столь короткие дистанции они измерить не в состоянии. Поэтому бозон Хиггса можно обнаружить исключительно по продуктам его распада.

И вот тут-то возникают сложности. Если масса хиггса равна 125 ГэВ, то он с вероятностью около 70% превращается либо в пару «b-кварк — b-антикварк», либо в пару глюонов, которые в ходе дальнейших превращений дают начало джетам, коническим струям из десятков частиц. Их легко обнаружить… но очень сложно отличить от джетов нехиггсовского происхождения. Еще в 27% случаев на месте исчезнувшего хиггса возникают W-бозоны или самые массивные лептоны, тау-частицы, которые тоже оставляют в детекторе малоразличимые подписи.

Но природа подарила ученым еще два шанса обнаружить заветный бозон. Будучи электрически нейтральным, он не способен непосредственно производить фотоны, но может сделать это через промежуточную инстанцию. СМ разрешает хиггсу порождать массивные заряженные виртуальные частицы, которые тут же исчезают и оставляют после себя пару гамма-квантов. Хиггс может также превратиться в два нейтральных Z-бозона (тоже виртуальных, иначе нарушится закон сохранения энергии, поскольку удвоенная масса Z-бозона намного больше массы хиггса). Каждый из них, в свою очередь, распадается на электрон и позитрон или на положительный и отрицательный мюоны, так что в конечном счете хиггс превращается в четверку лептонов. Эти распады дают наиболее четкую подпись в детекторах, но их суммарная вероятность очень мала: при массе хиггса в 125 ГэВ она равна 0,23% для двухфотонного канала и 0,013% — для четырехлептонного. Ведь такому тяжеловесу, как хиггс, гораздо легче трансформироваться в массивные частицы, нежели в фотоны, электроны и мюоны.

Бозон хиггса фото

Официальное представление

Поиск иголки в стоге сена — детская забава по сравнению с охотой на хиггса. Так, коллаборация CMS за полтора года экспериментов выявила лишь пять (!) четырехлептонных событий, которые должны следовать за распадом хиггса на пару Z-бозонов. Тем не менее оба коллектива не только зарегистрировали рождение «хиггсоподобной» частицы (электрически нейтральной, с целочисленным спином, не равным единице, и положительной четностью) с очень низкой вероятностью ошибки, но и практически одинаково оценили ее массу: 126,0 ± 0,6 ГэВ (ATLAS) и 125,3 ± 0,6 ГэВ (CMS). Июльские результаты содержали и мелкие неожиданности. Новая частица проявляла себя в двухфотонном канале распада в полтора раза чаще, нежели ей предписано СМ. Распадов хиггса на b-кварки и W-бозоны заметить не удалось (на это физики особо и не надеялись), но экспериментаторы не обнаружили и следов распада хиггса на тау-частицы, хотя шансов на их выявление было несколько больше. Участники коллаборации ATLAS также заявили о расхождении в оценках масс новой частицы, выявленных в двухфотонном и четырехлептонном каналах. В первом случае она практически совпала с прежней величиной, но во втором оказалась меньше приблизительно на 3 ГэВ. Это тем более странно, что коллаборация CMS месяцем раньше (в ноябре 2012 года) опубликовала собственную уточненную оценку массы частицы по ее четырехлептонному распаду, которая практически совпала с июльской оценкой. Физики склоняются к мнению, что обнаруженная нестыковка объясняется статистическими флуктуациями.

Источник: www.PopMech.ru

110921115915-large

Вы уже наверное в курсе, что ученые Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) обнаружили признаки существования так называемой "божественной частицы" — бозона Хиггса. Давайте посмотрим как это было.

4 июля 2012 учеными из европейского центра ядерных исследований ЦЕРН в Швейцарии обнаружили бозон Хиггса — субатомную частицу, называемую «частицей бога». Поиски «божественной» частицей велись почти 50 лет. Обнаружить бозон Хиггса удалось во время экспериментов на Большом адронном коллайдере, основные кольца ускорителя которого находятся в 27-километровом подземном тоннеле.

dcp_0723

Бозон Хиггса является важнейшим элементом Стандартной модели — физической теории, описывающей взаимодействие всех элементарных частиц: он объясняет наличие такого явления как масса.

Познакомимся поближе с фантастической машиной, стоимостью до 6 млрд долларов, которая обнаружила бозон Хиггса. Добро пожаловать в мир субатомных частиц!

Бозон хиггса фото

 

На фотографии: Английский физик-теоретик, член Королевского Общества Эдинбурга Питер В. Хиггс. Это он в 60-е годы предсказал существование бозона Хиггса, который отвечает за массу всех элементарных частиц.

В своих выступлениях Питер заявлял, что если бозон не будет обнаружен, это будет означать, что он и многие другие физики больше не понимают как взаимодействуют элементарные частицы.   Частица Хиггса настолько важна, что американский физик, нобелевский лауреат Леон Ледерман назвал ее «частицей бога».

 

Бозон хиггса фото

 

Итак, как уже говорилось, бозон Хиггса был обнаружен во время экспериментов на Большом адронном коллайдере. Он был построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (ЦЕРН) недалеко от Женевы, на границе Швейцарии и Франции. (Фото Anja Niedringhaus | AP):

Бозон хиггса фото

 

Большой адронный коллайдер является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Это гигантский ускоритель заряженных частиц, предназначенный для разгона протонов и тяжелых ионов. Посмотрим, как он создавался. На фотографии: идет прокладка туннеля под землёй на территории Франции и Швейцарии с длиной окружности почти 27 км, 2000-й год. Глубина нахождения туннеля — от 50 до 175 метров. (Фото Laurent Guiraud | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

 

В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 000 учёных и инженеров из более чем 100 стран, в том числе и из России. На фотографии: идет монтаж торцевого адронного калориметра детектора ATLAS, который как раз и  предназначен для поиска бозона Хиггса и «нестандартной физики», в частности темной материи. Всего на Большом адронном коллайдере работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора. 12 августа 2003 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

 

Бозон хиггса фото

 

Большим коллайдер назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 метров. Объезжать 27-километровый подземный тоннель, предназначенный для размещения кольцевого ускорителя, лучше всего на транспорте, 24 октября 2005 год. (Фото Laurent Guiraud | © 2012 CERN):

 

Бозон хиггса фото

 

Электромагнитный калориметр — прибор, который измеряет энергию частиц. В собранном виде представляет собой стену высотой более 6 метров и 7 метров в ширину. Состоит из 3 300 блоков. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

 

Идея строительство Большого адронного коллайдера родилась в 1984 году и была официально одобрена десятью годами позже. Его строительство началось в 2001 году. На фотографии: кольцевой ускоритель Большого адронного коллайдера, находящейся в подземном тоннеле прямо под Международным женевским аэропортом, 31 мая 2007 года. (Фото Keystone, Martial Trezzini | AP):

Бозон хиггса фото

 

Коллайдер называется адронным из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжелые частицы, состоящие из кварков. 19 октября 2006 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

Доставка на место торцевого магнита детектора ATLAS, 29 мая 2007 года. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN): Бозон хиггса фото

 

Основной целью строительства Большого адронного коллайдера было уточнение или опровержение Стандартной модели — теоретической конструкции в физике, формирование которой было завершено в 1960—1970-х годах, описывающей элементарные частицы и три из четырех фундаментальных взаимодействий (кроме гравитационного): сильное, слабое и электромагнитное. Главной задачей Большого адронного коллайдера было экспериментально доказать существование бозона Хиггса. Он был обнаружен 4 июля 2012.

 

Это составная часть ALICE — одной из шести экспериментальных установок, сооруженных на Большом адронном коллайдере. 3 584 кристаллов вольфрамата свинца. ALICE оптимизирована для изучения столкновений тяжелых ионов. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

 

 

Бозон хиггса фото

 

Экспериментальная установка ALICE, 2007 год. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN): Бозон хиггса фото

 

Официальный запуск коллайдера был произведен 10 сентября 2008 года. Данные, поступающие с Большого адронного коллайдера, обрабатываются в 140 дата-центрах, расположенных в 33 странах по всему миру. Ежегодно приходится обрабатывать 15 миллионов гигабайт данных! На фотографии: дата-центр в Женеве, 3 октября 2008 года. (Фото Valentin Flauraud | Reuters): Бозон хиггса фото

 

Детектор ATLAS во время сборки 11 ноября 2005 года. Общие размеры детектора ATLAS: длина — 46 метров, диаметр — 25 метров, общий вес — около 7 000 тонн. На этом детекторе проводят одноименный эксперимент, предназначенный для поиска сверхтяжелых элементарных частиц, в том числе и только что обнаруженного бозона Хиггса. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN): Бозон хиггса фото

 

Детектор ATLAS, 22 февраля 2006 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN): Бозон хиггса фото

 

Компактный мюонный соленоид — один из двух больших универсальных детекторов элементарных частиц, созданных в Европейском центре ядерных исследований и предназначенный для исследования свойств микромира. Он расположен в подземной пещере внушительных размеров: 53 метров в длину, 27 метров в ширину и 24 метров в высоту. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

 

Бозон хиггса фото

 

Английский физик Питер Хиггс, чьим именем назвали бозон. Рядом с детектором ATLAS, апрель 2008 года. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

 

Наблюдения за бозонами Хиггса не только позволят разобраться в происхождении массы, но и помогут разгадать загадку темной материи. (Фото Michael Hoch | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

 

Сборка Большого адронного коллайдера, 16 июня 2008 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

27-километровый подземный тоннель содержит две трубы, которые идут параллельно и пересекаются лишь в местах расположения детекторов.

 

На фотографии: линейный ускоритель низкоэнергетических частиц Linac2, расположенный подземном тоннеле. Всего Большой адронный коллайдер имеет шесть главных ускорителей. (Фото Keystone, Martial Trezzin | AP):

Бозон хиггса фото

 

Внутренний детектор ATLAS, 23 августа 2006 года. Детектор производит огромное количество информации — около 1 Пбайт = 1 024 Тбайт «сырых» данных в секунду! (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

 

В эксперименте ATLAS участвовали около 2 000 ученых и инженеров из 165 лабораторий и университетов из 35 стран, в том числе и из России. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

Фантастическая машина — Большой адронный коллайдер. На фотографии: универсальный детектор элементарных частиц — компактный мюонный соленоид. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

В 2009 году стоимость Большого адронного коллайдера оценивалась от 3.2 до 6.4 млрд евро, что делало его самым дорогим научным экспериментом в истории человечества.

На фотографии: один из торцевых калориметров детектора ATLAS, 16 февраля 2007 года. Невероятно большая и сложная конструкция. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

Еще одна фотография детектора элементарных частиц — компактного мюонного соленоида, 2007 год.(Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

Вокруг Большого адронного коллайдера ходило много слухов. Например, что он представляет огромную опасность для человечества, и его запуск может привести к концу света. Поводом стали заявления ученых о том, что в результате столкновений частиц в коллайдере могут якобы образоваться микроскопические черные дыры: после этого появились мнения, что в них может «засосать» всю нашу Землю.

Также, высказывались опасения, что обнаружение бозона Хиггса вызовет бесконтрольный рост массы во Вселенной. Появился даже анекдот: «У физиков есть традиция — один раз в 14 миллиардов лет собираться и запускать адронный коллайдер». Причина слухов оказалась банальной: слова ученых были искажены и неверно интерпретированы журналистами. (Фото Michael Hoch | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

Монтаж кольцевого ускорителя в подземном тоннеле, 1 ноября 2007 года. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

Работы внутри пещеры по размещению калориметра (прибора, который измеряет энергию частиц) на детекторе ATLAS, январь 2011 года. (Фото Claudia Marcelloni | © 2012 CERN)

Бозон хиггса фото

(Фото Claudia Marcelloni/© 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

Еще больше. После окончания сеанса работы в 2012 году коллайдер будет закрыт на долговременный ремонт. Ремонт предположительно будет длиться не менее полутора лет и займёт весь 2013 года. Некоторые ученые из США и Японии предлагают после окончания работы над Большим адронным коллайдером начать работу над новым Очень большим адронным коллайдером.

На фотографии: восемь труб – это магниты, окружающие калориметра. Вся эта огромная конструкция является частью одного из детекторов частиц Большого адронного коллайдера. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

По мнению учёных, обнаруженный бозон Хиггса может пролить свет на происхождение Вселенной и понять, что представляла из себя Вселенная в первые мгновения после Большого Взрыва. (Фото CERN | AP):

Бозон хиггса фото

Это был рассказ о Большом адронном коллайдере — фантастической машине, стоимостью под 6 млрд. долларов. (Фото Maximilien Brice | © 2012 CERN):

Бозон хиггса фото

 

 

Источник: masterok.livejournal.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.