Бозон хиггса простым языком


Стандартная модель предполагает, что существует еще одно поле, которое практически неотделимо от пустого пространства.

Стандартная модель

Его принято называть полем Хиггса (по фамилии английского теоретика Питера Хиггса). Считается, что все пространство заполнено этим полем, и что частицы приобретают массу путем взаимодействия с ним.

Астрофизик Дэйв Голдберг в книге «Вселенная в зеркале заднего вида» упоминает известный в среде физиков анекдот, который гласит, как Энрико Ферми (лауреат Нобелевской премии за 1938 год) беседовал как-то со своим учеником Леоном Ледерманом (лауреатом Нобелевской премии за 1988 год), и Ледерман спросил Ферми о какой-то частице, на что Ферми ответил: «Ах, молодой человек, знал бы я все названия частиц, был бы ботаником!» Именно Ледерман запустил в обращение очень приставучее и при этом вызывающее совершенно ненужные ассоциации название «частица Бога» для бозона Хиггса.


Протоны, нейтроны, π-мезоны — всё это составные частицы. Элементарных частиц не так много. Это семейство лептонов, семейство кварков, составляющие сектор фермионов. Второй сектор — частицы, ответственные за их взаимодействия: фотоны, W- и Z-бозоны, глюоны и гравитоны. Бозоны взаимодействуют не только с фермионами, но и между собой. Самая известная из перечисленных частиц — фотон.

Самые интересные по своим проявлениям — глюоны, именно они связывают кварки в протоне так, что невозможно растащить. W- и Z-бозоны по своей роли похожи на фотон, но они массивны и отвечают за слабые взаимодействия, которые родственны электромагнитным, хотя и выглядят по-другому. Еще должна быть частица гравитон. Ведь гравитационные волны уже открыты, а там, где есть волны, должны быть и частицы. Другое дело, что ,  регистрировать гравитоны поодиночке не получится.

И наконец, бозон Хиггса —  частица, которая стоит особняком в списке, состоящем из небольшого количества разных видов.

Стандартная модель

Что же ВООБЩЕ такое бозоны?


Каждая частица, как волчок, имеет как бы внутренний момент вращения, или спин (это квантовомеханическое явление).

Бывает целый и полуцелый спин в единицах постоянной Планка. Частицы со спином 1/2 или 3/2 (любой полуцелый спин) называются фермионами. У бозонов спин целый, что приводит к фундаментальным отличиям в свойствах этих частиц (бозоны любят накапливаться в одном квантово-механическом состоянии, как фотоны в радиоволнах; фермионы, наоборот, этого избегают, из-за чего электроны заселяют разные атомные оболочки.).

Сейчас такая ситуация, что физика элементарных частиц снова стала экспериментальной наукой. 

Так вот, у бозона Хиггса спин равен 0 (а это тоже целое число). Бозон Хиггса — тяжелая частица. Его масса — 125 ГэВ (для сравнения: масса протона — порядка 1 ГэВ, масса самой тяжелой частицы, t-кварка, — 172 ГэВ). Бозон Хиггса электрически нейтрален. Новые частицы открывают на ускорителях, они рождаются в столкновениях частиц, в данном случае — в столкновениях протонов. После чего регистрируют продукты распада искомой частицы.


Бозон Хиггса распадается в среднем за 10-22 с. Для тяжелой частицы это не столь маленький срок — топ-кварк, например, живет в 500 раз меньше.

Те из частиц, которые сильно взаимодействуют с полем Хиггса, являются тяжелыми частицами, а слабовзаимодействующие − легкими. Этот эффект аналогичен эффекту движения тела в вязкой жидкости, когда оно за счет взаимодействия с жидкостью приобретает дополнительную эффективную массу. Еще один пример − электрон в кристалле. Из-за электромагнитного взаимодействия с атомами кристаллической решетки электрон приобретает эффективную массу, отличную от массы свободного электрона.

Физическое сообщество придает Бозону Хиггса такое значение, поскольку это последняя частица, предсказанная Стандартной моделью. Ранее точная величина бозона Хиггса была загадкой для ученых, но после его «поимки» в коллайдере выяснилось, что она приближается к показателю в 126 гигаэлектронвольт. Это значит, что неуловимый бозон в 126 раз весомее протона, что даёт основания пересмотреть многие общепринятые теории.

По одной из теорий, во время Большого взрыва именно бозон Хиггса придал остальным частицам массу. Однако говорить об этом с уверенностью ранее было нельзя, так как для таких расчетов нужно было знать с точностью до 1% массу «частицы Бога». Эта гипотетическая частица «отвечает» за наличие массы всех других элементарных частиц. Считается, что все фундаментальные частицы приобретают массу в результате взаимодействия с полем Хиггса.

По сути, масса показывает, сколько вещества содержит любой объект — частица, молекула или, скажем, собака. При отсутствии массы все элементарные частицы, формирующие атомы, двигались бы со световой скоростью и не были бы способны сформировать материю во Вселенной, как мы ее представляем.


4 июля 2012 года физики Европейской организации ядерных исследований (CERN) официально объявили об открытии новой частицы в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере. Это стало одним из важнейших открытий в физике частиц за последние 50 лет. В марте 2013 года появились сообщения от отдельных исследователей CERN, что найденная ранее частица действительно является бозоном Хиггса.

И хотя открытие бозона Хиггса — это и правда огромная сенсация, выяснилось, что наличие этой частицы объясняет существование на удивление небольшой доли массы, которая окружает нас в повседневной жизни.

При всем своем значении бозон Хиггса вовсе не «лежит в основе всей вселенной», а главное, он на самом деле вовсе не лежит в основе нашей собственной массы.

Кроме того, бозон Хиггса никак не объясняет, откуда берется темная материя, количество которой во Вселенной значительно превышает количество обычного вещества: Вселенная состоит из: 74% темной энергии, 22 % — темной материи, 3,6% — межгалактического газа и 0,4% — звёзд.


В 2013 г Франсуа Энглеру и Питеру Хиггсу была присуждена Нобелевская премия «За теоретическое открытие механизма, который вносит свой вклад в наше понимание происхождения массы субатомных частиц, и который недавно был подтвержден открытием предсказанной элементарной частицы, в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе.»

В марте 2015 года коллаборации ATLAS и CMS уточнили предыдущие данные по массе бозона: 125.09±0.24 ГэВ, что примерно на 0,2 % точнее предыдущего значения.

 Что такое «Большой Адронный Коллайдер»?

Это сверхпроводящий ускоритель-накопитель, находящийся под землей.

Длина его кольца — 27 км, и всё это кольцо состоит из магнитов, которые удерживают протоны в этом кольце, сверхпроводящих магнитов. На тот момент, когда БАК строился, это было последнее технологическое достижение. Сейчас есть довольно успешные попытки получать более мощное магнитное поле в магнитах. Но в то время это было самое-самое. Вообще, всё, что там делается, — это пик современных технологий, на самом краю человеческих возможностей.

Источник: page.maple4.ru

Бозон Хиггса: что это такое?


Бозон Хиггса простыми словами пытались объяснить давно. В 1993 году министр науки Великобритании Вильям Волдгрэйв объявил конкурс на самое простое объяснение бозона Хиггса. Самой распространенной версией стала версия с вечеринкой. Чтобы понять, что такое бозон Хиггса, следует представить большую комнату, в которой проходит вечеринка.

Бозон Хиггса нашли

В определенный момент в комнату входит человек (например, рок-звезда), с которым все хотят пообщаться. Когда человек перемещается, за ним идет несколько гостей вечеринки – может показаться, что за ним идут скопления людей. При этом скорость движения рок-звезды ниже, чем у других гостей. Гости вечеринки сами могут объединяться в группки – если в толпе начнут обсуждать сплетню, то люди начнут передавать слух друг другу, образуя небольшие уплотнения.

  • главная.jpg
  • 4-2.jpg

  • 386104865_d06610a814_z.jpg
  • 2046228644_05507000b3_z.jpg
  • 2566685891_b8be37e610_z.jpg
  • 4233962874_c7a8521856_z.jpg

Частица бога — что это?

Со стороны может показаться, что люди, обсуждающие сплетню, похожи на кучки гостей, облепивших рок-звезду, но без самой знаменитости. В этом объяснении все люди в комнате – это поле Хиггса, рок-звезда – частица, движущаяся в поле, а кучки людей, обсуждающих сплетню – это возмущение поля.


Большой адронный коллайдер и поиск частицы бога

Бозон Хиггса – это фундаментальная частица Стандартной модели, которая до недавнего времени так и не была найдена. Его существование предсказали еще в 1960-е годы. Но для доказательства существования частицы пришлось построить Большой адронный коллайдер, где и начался поиск частицы бога. Бозон Хиггса, значение которого трудно переоценить, еще называют «частицей бога».

Частица бога – почему такое название?

Почему бозон Хиггса называют частицей бога? Такое название предложил нобелевский лауреат Леона Ледермана. Он выпустил книгу с заголовком, начинающегося со словосочетания «god particle» (частица бога). Впрочем, сам ученый предлагал несколько другое название – «goddamn particle» (проклятая частица) – но его отвергли. Частица бога – это бозон Хиггса, проще говоря, второе название.

Частица бога — бозон Хиггса

Бозон Хиггса найден, частица бога найдена – как не назови, а сути это не меняет. В CERN открыли бозон Хиггса, но официально сообщили об открытии очень осторожно. Ученые открыли частицу бога, за которой гонялись полвека, но объявили об открытии элементарной частицы, которая лишь может оказаться бозоном Хиггса. Про открытие можно сказать следующее: если будет доказано, что частица и есть бозон Хиггса, то в элементарной физике больше не останется вопросов о взаимодействии элементарных частиц. Но то, что ученые открыли бозон Хиггса, может привести к новым вопросам в других областях физики.


Бозон Хиггса – последствия

Бозон Хиггса — что дает? Нет, частица бога, которую нашел коллайдер, не поможет при создании вечного двигателя. Машина времени также не будет построена, хоть открытие частицы бога и произошло. Значение открытия имеет значение лишь для фундаментальной физики, для практики же пока нет. Кстати, многие боялись, что Большой адронный коллайдер вызовет конец света, но этого так и не произошло, так что последствия от открытия для простых людей, минимальны.

Большой адронный коллайдер — зачем он нужен?

Большой адронный коллайдер, стоимость которого превышает 10 млрд долларов, является ускорителем адронов. В строительстве устройства участвовали более 10 тысяч ученых из 100 стран мира. Первые испытания начались в августе 2008 года. Главное, что искал адронный коллайдер — бозон Хиггса. И спустя 4 года новая частица, частица бога, найдена.

Бозон Хиггса — видео

Видео: «Первый канал»

Источник: mr-7.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.

Бозон хиггса простым языком

Источник: SpaceGid.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.