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
Котлета имени Микояна: каким был фастфуд во времена СССР Котлета имени Микояна: каким был фастфуд во времена СССР

«Отец советской столовой» — так называли министра-долгожителя Анастаса Микояна

VOICE
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Каким секс будет завтра? Обсуждают психолог, сексолог и суррогатный партнер Каким секс будет завтра? Обсуждают психолог, сексолог и суррогатный партнер

Как изменятся наши отношения, перенесем ли мы их в диджитал?

Psychologies
Студент Эйнштейн Студент Эйнштейн

Путь Эйнштейна в науку был совсем не таким прямым и естественным

Наука и жизнь
Максим Белбородов: «Важно, чтобы каждый момент времени ты проживал осознанно» Максим Белбородов: «Важно, чтобы каждый момент времени ты проживал осознанно»

Если бы я выбирал свои проекты! Это они выбирают меня

Коллекция. Караван историй
На задворках Солнечной системы На задворках Солнечной системы

Какие тайны скрывают далёкие мало изученные миры?

Наука и жизнь
Менопауза Менопауза

Один из главных непредсказуемых периодов в жизни женщины – наступление менопаузы

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

Почему тайну личности Достоевского способен постичь только врач?

Наука и жизнь
Почему вся жизнь на Земле использует в качестве источника энергии специфическую молекулу? Почему вся жизнь на Земле использует в качестве источника энергии специфическую молекулу?

Почему одной из важнейших молекул оказалась именно АТФ — аденозинтрифосфат

ТехИнсайдер
Вольный город Данциг и польская почта Вольный город Данциг и польская почта

Данциг существовал как независимое государство между двумя мировыми войнами

Дилетант
Рассказ Ромы Зверя о том, как музыка объединила и трагически разлучила его с одним человеком и что дала взамен Рассказ Ромы Зверя о том, как музыка объединила и трагически разлучила его с одним человеком и что дала взамен

Рома Зверь — о том, как он впервые соприкоснулся с музыкой и куда она его повела

Правила жизни
Михаил Горбачёв: «Лёша, б...!» Михаил Горбачёв: «Лёша, б...!»

Президент Горбачёв не смотрел сериал «Чернобыль», но очень им интересовался

Дилетант
Злокачественные заболевания крови: что о них нужно знать каждому Злокачественные заболевания крови: что о них нужно знать каждому

Почему чек-апы так важны, особенно при онкологических заболеваниях крови?

Psychologies
«Россия, собравшаяся в Крыму» «Россия, собравшаяся в Крыму»

В 1920 году в центре внимания Европы находились события Советско-польской войны

Дилетант
«Откуда берутся дети?»: как говорить с ребенком на тему секса «Откуда берутся дети?»: как говорить с ребенком на тему секса

В каком возрасте преподнести ребенку информацию о том, как он появился

Psychologies
Что делать, если кольцо застряло на пальце? 4 способа безболезненно освободиться от украшения Что делать, если кольцо застряло на пальце? 4 способа безболезненно освободиться от украшения

Способы снять кольцо с пальца так, чтобы сохранить и украшение, и фалангу

ТехИнсайдер
Болезнь Бехтерева — новая эпидемия: как не пропустить первые симптомы Болезнь Бехтерева — новая эпидемия: как не пропустить первые симптомы

Как распознать аксиальный спондилоартрит?

Psychologies
Как перестать сравнивать себя с коллегами и победить синдром самозванца — личный опыт топ-менеджера Microsoft Как перестать сравнивать себя с коллегами и победить синдром самозванца — личный опыт топ-менеджера Microsoft

Крис Капоссела рассказал о том, как он перестал сравнивать себя с другими

Inc.
Ни в горе, ни в радости: 5 признаков, что семья на грани развода Ни в горе, ни в радости: 5 признаков, что семья на грани развода

Психологи могут заметить предвестники скорого разрыва

Psychologies
Тысяча километров соседства с Китаем Тысяча километров соседства с Китаем

Состояние и перспективы развития АПК Приморского края

Агроинвестор
«Я не хотела жить»: бывшая жена Пьера Нарцисса после его смерти перенесла депрессию «Я не хотела жить»: бывшая жена Пьера Нарцисса после его смерти перенесла депрессию

Экс-жена Пьера Нарцисса приходит в себя после смерти бывшего мужа

VOICE
Взрослый секс Взрослый секс

13 фактов о сексе, которые вас порадуют

Новый очаг
Благодарность, сочувствие, гордость: 3 полезные эмоции для достижения успеха Благодарность, сочувствие, гордость: 3 полезные эмоции для достижения успеха

На достижение цели во многом влияют наши эмоции: сочувствие и благодарность

Psychologies
Человек, который встретил неандертальца. О Нобелевском лауреате Сванте Паабо Человек, который встретил неандертальца. О Нобелевском лауреате Сванте Паабо

Что нового о геномах вымерших гоминидов и эволюции человека узнал Сванте Паабо?

ТехИнсайдер
Русское искусство экспорт, или краткая история парижской выставки Дягилева Русское искусство экспорт, или краткая история парижской выставки Дягилева

О портрете Дягилева кисти его близкого друга Льва Бакста

Правила жизни
Буревестники спрятались от сильного ветра в глазу бури Буревестники спрятались от сильного ветра в глазу бури

Буревестники нетипично ведут себя в бурю

N+1
«Выживает самый дружелюбный». Почему мы выбираем добродушных и избегаем агрессии «Выживает самый дружелюбный». Почему мы выбираем добродушных и избегаем агрессии

Глава из книги «Выживает самый дружелюбный» — о выгодной стратегии выживания

N+1
Почему близкие становятся чужими и можно ли этого избежать Почему близкие становятся чужими и можно ли этого избежать

Почему люди на самом деле отдаляются и как этого избежать?

Psychologies
Продукты, которые увеличат продолжительность жизни Продукты, которые увеличат продолжительность жизни

Нут, рыба, зелень и другие продукты, которые продлят вашу жизнь

ТехИнсайдер
Открыть в приложении