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

На задворках Солнечной системы На задворках Солнечной системы

Какие тайны скрывают далёкие мало изученные миры?

Наука и жизнь
Терапия ВИЧ: все, что необходимо знать Терапия ВИЧ: все, что необходимо знать

В чем заключается лечение ВИЧ-инфекции?

Psychologies
Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Самый полезный фрукт, который по праву зовется фаворитом осени — гранат! Самый полезный фрукт, который по праву зовется фаворитом осени — гранат!

Чем же так полезны для здоровья гранатовые зерна и сок?

ТехИнсайдер
Ядовитые реки, отравленные моря Ядовитые реки, отравленные моря

Катастрофы, угрожающие живым организмам, происходят довольно часто

Наука и жизнь
Очень страшные истории: Очень страшные истории:

Жуткая повесть Яны Демидович

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

Как Константин Циолковский разработал план внеземной экспансии для человечества

Наука и жизнь
Дневник тревог: зачем он нужен и как правильно его вести Дневник тревог: зачем он нужен и как правильно его вести

Чем помогает дневник тревог и какие правила нужно соблюдать при его ведении?

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

Почему тайну личности Достоевского способен постичь только врач?

Наука и жизнь
Кухня твоей мечты: функционально и стильно Кухня твоей мечты: функционально и стильно

Как избавиться от визуального шума на кухне, сделать ее эргономичной

Лиза
«Глаза» для беспилотников «Глаза» для беспилотников

Автомобили с круглой нашлепкой на крыше сегодня на дорогах уже не редкость

Популярная механика
Люди утопили микрофоны в воде, чтобы два года записывать ледники. Но зачем? Люди утопили микрофоны в воде, чтобы два года записывать ледники. Но зачем?

Что нам могут рассказать ледники?

ТехИнсайдер
Самолет комсомольцев Самолет комсомольцев

Уникальный авиационный проект, созданный комсомольцами и на деньги комсомола

Популярная механика
4 важных витамина для поддержания хорошей памяти и здоровья мозга! 4 важных витамина для поддержания хорошей памяти и здоровья мозга!

Витамины, которых не хватает вашему организму

ТехИнсайдер
Портрет на фоне Галактики Портрет на фоне Галактики

Чёрные дыры – самое смелое предсказание общей теории относительности Эйнштейна

Наука и жизнь
Как устроен венчурный рынок Армении и к чему готовиться российским предпринимателям Как устроен венчурный рынок Армении и к чему готовиться российским предпринимателям

Об особенностях армянского венчурного рынка, а также перспективах на нем

Forbes
Раз и навсегда: как изменилась жизнь подростков за последние 50 лет Раз и навсегда: как изменилась жизнь подростков за последние 50 лет

Как жили дети и подростки, когда не было интернета, а дружба была «навсегда»

СНОБ
Блат, знакомства, взятки: как была организована коррупция в советской системе Блат, знакомства, взятки: как была организована коррупция в советской системе

Отрывок из книги «Корпорация самозванцев» о теневой экономике в СССР

Forbes
Секс с новыми вводными Секс с новыми вводными

Секс — это в первую очередь мозги

Men Today
5 органов, без которых может прожить человек 5 органов, без которых может прожить человек

Есть органы, без которых человек может жить вполне счастливо

ТехИнсайдер
«Странноватый диснеевский аттракцион»: как работает бизнес по компостированию человеческого тела после смерти «Странноватый диснеевский аттракцион»: как работает бизнес по компостированию человеческого тела после смерти

Новый способ проститься с умершими — платное «органическое разложение»

VC.RU
Квадры решают все Квадры решают все

Квадроцикл — это не только неприхотливый вездеход для вылазок на рыбалку

Men Today
Вегетарианцы страдают от депрессии в два раза чаще мясоедов Вегетарианцы страдают от депрессии в два раза чаще мясоедов

Связана ли частота эпизодов депрессии от рациона?

ТехИнсайдер
«Я не мог остановиться»: история трагедии в Амитивилле, о которой сняли столько фильмов ужасов «Я не мог остановиться»: история трагедии в Амитивилле, о которой сняли столько фильмов ужасов

Рональд Джозеф Дефео-младший убил отца, мать, двух сестер и двух братьев

VOICE
Как вести частную практику в кризис: рекомендации супервизора для психологов и не только Как вести частную практику в кризис: рекомендации супервизора для психологов и не только

Как оставаться эмоционально устойчивым и сохранять баланс работы и отдыха?

Psychologies
Что «Вояджеры» обнаружили за пределами Солнечной системы: открытие, поразившее ученых Что «Вояджеры» обнаружили за пределами Солнечной системы: открытие, поразившее ученых

Миссия «Вояджера» еще не завершена — он продолжает делать удивительные открытия

ТехИнсайдер
Новости медицины Новости медицины

Как быть счастливыми и здоровыми, почему музыка помогает после инсульта и другое

Лиза
Изгой из франшизы Изгой из франшизы

«Андор»: человечный космический нуар

Weekend
«Маленькая всемирная история». От первобытности до современности «Маленькая всемирная история». От первобытности до современности

Отрывок из книги о том, что происходило с людьми от каменного до атомного века

N+1
Ложь, на место Ложь, на место

Мы живем в мире, отравленном ложью

Men Today
Открыть в приложении