Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
17 ноября 2018, суббота, 16:38
Facebook Twitter VK.com Telegram

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

Распад бозона Хиггса – подтверждение Стандартной теории

Распад бозона Хиггса в эксперименте ATLAS
Распад бозона Хиггса в эксперименте ATLAS
ATLAS/CERN

Бозон Хиггса получил название в честь шотландского физика Питера Хиггса, опубликовавшего в 1964 году статью «Нарушение симметрии и массы калибровочных бозонов». В ней Хиггс предлагал объяснение того, как бозоны — частицы-носители взаимодействий получают массу. Напомним, что физики насчитывают четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Осуществляются эти взаимодействия между частицами с помощью обмена бозонами — частицами, спин которых равен целому числу. Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны, слабое — W- и Z-бозоны, сильное — глюоны, гравитационное — гравитоны (которые пока не обнаружены). Нарушение симметрии, о котором писал Хиггс, состоит в том, что бозоны теоретически не должны иметь массы. Фотоны и глюоны соответствуют этому постулату. А вот участвующие в слабых взаимодействиях W- и Z-бозоны массу имеют, причем они довольно тяжелые по меркам мира элементарных частиц. Масса W-бозона 80,4 ГэВ/c2, а Z-бозона — 91,2 ГэВ/c2. То есть они примерно в сто раз тяжелее протона и весят примерно как атомы рубидия и технеция, соответственно. Хиггс для объяснения массы бозонов предположил существование особого поля, которое, взаимодействуя с бозонами, наделяет их массой. Квант этого поля — это и есть та самая частица, которую назвали «бозоном Хиггса».

Хиггс не рассчитывал дожить до экспериментального подтверждения своей гипотезы. Но ему это удалось. 4 июля 2012 года на пресс-конференции ЦЕРН обнаружение бозона было подтверждено. Его наличие зафиксировали с достаточной статистической надежностью в результатах экспериментов ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере. В 2013 году Питер Хиггс и бельгийский физик Франсуа Англер, независимо от Хиггса предложивший аналогичную теорию, получили Нобелевскую премию по физике.

Физики предсказали, а затем обнаружили четыре основных пути образования бозона Хиггса. Хиггсовские бозоны рождаются при столкновении частиц (чаще всего протонов) с высокими энергиями, которые достигаются в ускорителе. Но каждое такое событие происходит с очень низкой вероятностью. В Большом адронном коллайдере на 10 миллиардов столкновений частиц рождается всего один бозон Хиггса.

Чаще всего бозон Хиггса возникает, если сталкивающиеся частицы относятся к адронам (например, протоны или антипротоны). В этом случае может произойти слияние двух глюонов, связывающих кварки в протоне. Бозоны Хиггса рождаются в результате слияния глюонов в десять раз чаще, чем остальными способами. Второй по частоте способ – слияние двух бозонов (W и W-бозона или Z и Z-бозона). Это происходит, когда сталкиваются два фермиона, которые обмениваются виртуальными бозонами. Третий путь называют Higgsstrahlung («тормозное излучение бозона Хиггса»). Он возможен при столкновении фермиона с антифермионом, например, кварка и антикварка или электрона с позитроном. Они могут слиться с образованием виртуального W или Z-бозона, который, при наличии достаточной энергии, может затем испускать бозона Хиггса. Наконец, самый редкий способ – рождение вместе с топ-кварками. При взаимодействии двух глюонов, каждый из них распадается на пару топ-кварк и антикварк, причем кварк и антикварк из разных пар затем сливаются, порождая бозон Хиггса.

 

Способы рождения бозона Хиггса, показанные диаграммами Фейнмана

Оценили физики и возможные варианты распада бозона Хиггса. Распад его наступает неминуемо и очень быстро, предполагаемое среднее время его существования составляет около 1,6 × 10–22 секунды. Каждый из вариантов распада имеет некоторую вероятность. Один из способов – это расщепление на пару фермион - антифермион (то есть кварк –антикварк, электрон – позитрон, мюон – антимюон, тау-лептон – анти-тау-мюон). Как правило, бозон Хиггса с большей вероятностью распадается на тяжелые фермионы, чем на легкие, потому что масса фермиона пропорциональна силе его взаимодействия с бозоном Хиггса.

Ожидается, что примерно в 58 % случаев бозон Хиггса должен распадаться на b-кварк и b-антикварк (b в названии типа кварка расшифровывают как beauty или как bottom, в русской литературе b-кварки называют также «прелестными кварками»). Но обнаружить этот распад непросто, так как в ходе экспериментов в коллайдере возникает довольно много W и Z-бозонов, которые сами по себе распадаются на b-кварки. Задачей ученых было с достаточной статистической достоверностью обнаружить “избыток” b-кварков, то есть те из них, что порождены в ходе распада бозонов Хиггса.

Раннее об обнаружении таких b-кварков уже объявлялось в 2017 году на конференции по физике высоких энергий, которую проводило в Венеции Европейское физическое общество. Но статистическая достоверность была не столь высока (в эксперименте ATLAS 3,6σ и 1,5σ в эксперименте CMS). Говорить об окончательном успехе это не позволяло, но ученые могли надеяться, что, собрав больше данных, они получат достаточно надежные результаты.

 

Рождение бозона Хиггса в паре с Z-бозоном и распад его на пару b-кварков (эксперимент CMS)

Теперь это произошло. Точно эксперимента сейчас достигла определяющего значения в 5σ, так что можно говорить об окончательном успехе. С одной стороны это радует, с другой – исчезла надежда, что результат окажется другим, отличающимся от вариантов, предсказанных в рамках Стандартной модели. Если бы такое случилось, сенсация была бы куда большей. Но достигнутый сейчас результат не означает конца исследований бозона Хиггса. В ближайшей перспективе ученые должны оценить реальные доли разных вариантов распада бозона Хиггса. Если в совокупности они составят 100 %, теоретические предсказания опять подтвердятся. Если же нет, это будет означает пока еще неизвестный вариант судьбы хиггсовских бозонов, например, взаимодействие их с темной материей.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея акустика Александр Лавров альтернативная энергетика «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Африка бактерии бедность библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса Византия викинги вирусы военная полиция Вольное историческое общество воспитание Вселенная вулканология гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление гравитация грибы грипп дельфины демография демократия дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам исламизм история история искусства история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура картография католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ кельты киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология Курская область лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна льготы мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования Международный арбитражный суд в Гааге местное самоуправление Металлургия метеориты микробиология микроорганизмы Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые научный юмор неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны облачные технологии обучение общество одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика перевод персональные данные планетология погода подготовка космонавтов политика право преподавание истории приматы продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Российская империя Русал русский язык рыбы Сергиев Посад сердце Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева черные дыры школа эволюция экология эмбриональное развитие эпидемии эпидемиология этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.