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

Город, которого нет Город, которого нет

Какими только не представлялись идеальные города мыслителям разных эпох

Вокруг света
Счастливый финал Счастливый финал

ОK! побывал на съемочной площадке фильма «Бывшие. Happy End»

OK!
На задворках Солнечной системы На задворках Солнечной системы

Какие тайны скрывают далёкие мало изученные миры?

Наука и жизнь
Программы для проверки жесткого диска: топ-7 лучших Программы для проверки жесткого диска: топ-7 лучших

Проверка здоровья жесткого диска – это обязательная процедура

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

Почему тайну личности Достоевского способен постичь только врач?

Наука и жизнь
Он облил ее кислотой, она вышла за него замуж: очень странная история любви Он облил ее кислотой, она вышла за него замуж: очень странная история любви

«Если ты не будешь моей, то и другому не достанешься»

VOICE
Студент Эйнштейн Студент Эйнштейн

Путь Эйнштейна в науку был совсем не таким прямым и естественным

Наука и жизнь
Есть риск быть смешной: что категорически нельзя носить женщинам после 40 лет Есть риск быть смешной: что категорически нельзя носить женщинам после 40 лет

Из своего гардероба можно вырасти всегда

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
Зёрна в хлебе Зёрна в хлебе

В России с самых давних времён любили вкус ржаного хлеба

Наука и жизнь
Бойня RAF Бойня RAF

В 1970-х RAF была одной из самых влиятельных террористических организаций

Дилетант
Зрение село! Зрение село!

Чтобы сохранить ребенку зрение, заботиться о его глазах нужно как можно раньше

Лиза
Закрученная история Закрученная история

Толма — символ армянского гостеприимства

Вокруг света
От Джека Керуака до студии йоги: как правильно медитировать и зачем это нужно От Джека Керуака до студии йоги: как правильно медитировать и зачем это нужно

Зачем нужна медитация? Рассказываем, как научиться медитировать новичкам

Forbes
«В теории вероятностей он совершал крупные открытия каждые два года» «В теории вероятностей он совершал крупные открытия каждые два года»

120 лет со дня рождения Андрея Колмогорова, одного из величайших ученых

Наука
Вредные установки Вредные установки

Как стать той женщиной, которую все провожают взглядами?

Лиза
Почему «китайцы» все-таки захватят мир. Экспорт растет лавинообразно Почему «китайцы» все-таки захватят мир. Экспорт растет лавинообразно

Китайские автомобили неизбежно станут грозной силой на международном рынке

РБК
6 писателей страшнее Стивена Кинга 6 писателей страшнее Стивена Кинга

После их книг ты не захочешь выключать свет на ночь

Maxim
История исландского рыбака и самурайское плавание: чем полезна водная стихия История исландского рыбака и самурайское плавание: чем полезна водная стихия

Отрывок из книги Бонни Цуй «Зачем мы плаваем»

Forbes
Внутренний стержень: как удержать баланс, когда вокруг хаос Внутренний стержень: как удержать баланс, когда вокруг хаос

Как сохранить себя и не развалиться на мелкие кусочки?

Psychologies
Из широких штанин: осваиваем стиль 2000-х, глядя на молодого Эминема Из широких штанин: осваиваем стиль 2000-х, глядя на молодого Эминема

Мы составили небольшой гид по стилю Y2K

Правила жизни
Уход за кожей в отопительный сезон: как избежать сухости и шелушений Уход за кожей в отопительный сезон: как избежать сухости и шелушений

В холодное время года кожа может устроить забастовку. Что делать?

Psychologies
Можно ли с гарантией запомнить важный сон: советы экспертов Можно ли с гарантией запомнить важный сон: советы экспертов

Как запомнить свой сон?

ТехИнсайдер
Что такое гормоны счастья и где их взять в это непростое время? Что такое гормоны счастья и где их взять в это непростое время?

Если наладить гормональный фон, то жить станет гораздо легче

Правила жизни
Что отличает людей от неандертальцев и обезьян? Объясняет нобелевский лауреат Что отличает людей от неандертальцев и обезьян? Объясняет нобелевский лауреат

Отрывок из книги «Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов»

Psychologies
Вариантов осталось немного: как защитить сбережения в финансовом шторме Вариантов осталось немного: как защитить сбережения в финансовом шторме

Самым надежным способом защиты сбережений сейчас можно считать долговые бумаги

Forbes
8 книг, которые мы читали в сентябре: список развлекательного и серьезного чтения 8 книг, которые мы читали в сентябре: список развлекательного и серьезного чтения

Елизавета II, променявшая Великобританию на книги и многое другое

Правила жизни
Режим повышенной готовности: как справиться с тревогой от чрезмерной бдительности Режим повышенной готовности: как справиться с тревогой от чрезмерной бдительности

Что делать, если при виде полицейских у метро у вас начинается паника

Psychologies
Со страшной женской силой Со страшной женской силой

Чем Безумная Грета Брейгеля напугала ад

Weekend
Лего из молекул для лечения рака: как женщина-химик получила Нобелевскую премию Лего из молекул для лечения рака: как женщина-химик получила Нобелевскую премию

Что такое лего из молекул и как эксперименты женщины-химика стали практикой

Forbes
Открыть в приложении