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

«В погоне за светом и пространством…» «В погоне за светом и пространством…»

Как Константин Циолковский разработал план внеземной экспансии для человечества

Наука и жизнь
«Что я оплакиваю»: как перестать горевать о прошлом, вырвавшись на свободу «Что я оплакиваю»: как перестать горевать о прошлом, вырвавшись на свободу

Отрывок из книги «Так можно» — о том, как позволить себе ощущение свободы

Forbes
«Чувствую полную гармонию…» История болезни Достоевского «Чувствую полную гармонию…» История болезни Достоевского

Почему тайну личности Достоевского способен постичь только врач?

Наука и жизнь
Как открыть банковский счет и получить карту в Казахстане Как открыть банковский счет и получить карту в Казахстане

Как открыть банковский счет в Казахстане

Forbes
20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
Танцовщицы эротического театра Crave рассказали о своей работе Танцовщицы эротического театра Crave рассказали о своей работе

MAXIM встретился с танцовщицами театра Crave и задал откровенные вопросы

Maxim
Ушёл в историю Ушёл в историю

Почему в России никогда не будет второго Горбачёва и второй перестройки

Дилетант
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
На задворках Солнечной системы На задворках Солнечной системы

Какие тайны скрывают далёкие мало изученные миры?

Наука и жизнь
Нормальный мужчина XXI века: какой он? Часть 3. Альтернативная маскулинность Нормальный мужчина XXI века: какой он? Часть 3. Альтернативная маскулинность

Правда ли, что маскулинность раньше была лишь одного типа?

Psychologies
Сапеги Сапеги

Эта польско-литовская династия имеет прямое отношение и к России

Дилетант
Имена и судьбы Имена и судьбы

В мире, где нужно все время бежать, мы не успеваем оглядываться

Новый очаг
Жуки-дровосеки Жуки-дровосеки

Мы продолжаем публикации материалов первого номера «Вокруг Света» за 1861 год

Вокруг света
В чём разница между психиатром, психологом и психотерапевтом? В чём разница между психиатром, психологом и психотерапевтом?

Всё ещё считаете, что эти профессии ничем не отличаются?

ТехИнсайдер
Михаил Пиотровский: «Заставляем людей думать» Михаил Пиотровский: «Заставляем людей думать»

Как принималось решение, касающееся эрмитажного экспоната? Чем живёт Эрмитаж?

Дилетант
На грани срыва: почему женщинам не прощают гнев На грани срыва: почему женщинам не прощают гнев

Как неумение сердиться приводит к плохим последствиям

Forbes
Ада Айнбиндер: «Петр Чайковский: Неугомонный фатум». Новая биография композитора Ада Айнбиндер: «Петр Чайковский: Неугомонный фатум». Новая биография композитора

Книга о жизни Чайковского, основанная на подлинных материалах и документах

СНОБ
3 проблемы со здоровьем глаз, которые могут возникнуть из-за косметики 3 проблемы со здоровьем глаз, которые могут возникнуть из-за косметики

Какая косметика для глаз является на самом деле очень вредной?

Лиза
Как уменьшить побочные эффекты химиотерапии: 3 важных правила Как уменьшить побочные эффекты химиотерапии: 3 важных правила

Как снизить побочные эффекты от терапии химиопрепаратами

Psychologies
Ильф и Петров и конец НЭПа. В какое время был написан роман «Двенадцать стульев» Ильф и Петров и конец НЭПа. В какое время был написан роман «Двенадцать стульев»

В какой атмосфере родился magnum opus Ильфа и Петрова

Правила жизни
Взрослый секс Взрослый секс

13 фактов о сексе, которые вас порадуют

Новый очаг
Какой ужас, пойду еще посмотрю: почему нам нравится пугать себя Какой ужас, пойду еще посмотрю: почему нам нравится пугать себя

Все мы просто обожаем бояться, но почему?

VOICE
Как бросить курить: подробная инструкция. Часть 2 Как бросить курить: подробная инструкция. Часть 2

Какую роль играют эмоции в никотиновой зависимости?

Psychologies
Жестокий роман: как алгоритмы соцсетей пропускают неприемлемый контент Жестокий роман: как алгоритмы соцсетей пропускают неприемлемый контент

Как рекламные объявления нарушают политику соцсетей

Forbes
Третий возраст: как отели встречают пожилых постояльцев Третий возраст: как отели встречают пожилых постояльцев

Курьезные случаи из истории отеля, связанные с размещением особенных гостей

Правила жизни
Александр Фадеев Александр Фадеев

Мы вспомнили об Александре Фадееве, чьих романов сейчас никто не читает

Дилетант
“Мисс русская красавица в изгнании”: как сто лет назад эмигранты из России проводили первые конкурсы красоты “Мисс русская красавица в изгнании”: как сто лет назад эмигранты из России проводили первые конкурсы красоты

Как проводили первые конкурсы красоты среди эмигранток из России начала 20 века

VOICE
Китайская Народная Республика Китайская Народная Республика

Чем личный поворот на Восток отличается от публичного и почему еда превыше неба?

Правила жизни
Неслучайная случайность Неслучайная случайность

Знаменитый кутюрье Игорь Чапурин умеет удивлять и других, и самого себя

OK!
Исчезновение личности. О фестивальном хите «Корсаж» Исчезновение личности. О фестивальном хите «Корсаж»

Как историческая драма «Корсаж» показывает ужасы жизни императрицы Австрии

СНОБ
Открыть в приложении