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

Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
На свою голову: правда и мифы о пересадке волос На свою голову: правда и мифы о пересадке волос

Самая достоверная информация о трансплантации волос

Правила жизни
Красный. Это Ferrari Красный. Это Ferrari

Красные феррари стали синонимом слова «скорость»

Вокруг света
Чем кормить ребенка Чем кормить ребенка

10 частых ошибок в питании, которые допускают мамы

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

Почему тайну личности Достоевского способен постичь только врач?

Наука и жизнь
Почему медики не советуют принимать пищу слишком поздно: открытие расставило все точки над i Почему медики не советуют принимать пищу слишком поздно: открытие расставило все точки над i

Почему нам так вредны перекусы в ночное время.

ТехИнсайдер
Минеральные помощники первой жизни Минеральные помощники первой жизни

Откуда взялась заполонившая современную Землю жизнь?

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
На задворках Солнечной системы На задворках Солнечной системы

Какие тайны скрывают далёкие мало изученные миры?

Наука и жизнь
Почему с возрастом детям трудно засыпать днем? Отвечают ученые! Почему с возрастом детям трудно засыпать днем? Отвечают ученые!

Наш сон зависит не от возраста или усталости, а от развития мозга

ТехИнсайдер
Настя Ивлеева Настя Ивлеева

Настя Ивлеева: «Цифровая реальность – это в высшей степени сексуально!»

Playboy
«Вы же девочки»: как детские игры и школьные дискотеки создают гендерные стереотипы «Вы же девочки»: как детские игры и школьные дискотеки создают гендерные стереотипы

Зачем ученые изучают девичество?

Forbes
«Уэбб»: получены первые снимки «Уэбб»: получены первые снимки

Первые глубокие и чёткие снимки «Уэбба»

Наука и жизнь
Топ-5 осенних бьюти-процедур: как сделать так, чтобы красота не навредила Топ-5 осенних бьюти-процедур: как сделать так, чтобы красота не навредила

Рассказываем о принципах ответственной косметологии

VOICE
Осторожно: амфибии! Осторожно: амфибии!

Наступает весна, тысячи жаб, лягушек и тритонов отправляются на нерест в водоёмы

Наука и жизнь
Кофе, помаду, вино, кровь, пот и слезы: как отстирать все? Кофе, помаду, вино, кровь, пот и слезы: как отстирать все?

Вооружись серьезными народными средствами и выведи ненавистные пятна!

Maxim
Чистый дом и собака: как совместить несовместимое Чистый дом и собака: как совместить несовместимое

Проверенные способы, как, живя с собакой, содержать дом в чистоте

ТехИнсайдер
Патологические лжецы: зачем они обманывают других без всякой выгоды для себя? Патологические лжецы: зачем они обманывают других без всякой выгоды для себя?

Есть ли логика в поведении патологических лжецов?

Psychologies
Как дожить до 100 лет: шведские секреты долголетия Как дожить до 100 лет: шведские секреты долголетия

Выход на пенсию — начало нового и долгого периода жизни

Psychologies
7 политических лидеров, которые были у власти меньше всего 7 политических лидеров, которые были у власти меньше всего

20 минут у власти: самые короткие сроки правления политических лидеров

Maxim
Азиатские сообщества в Москве Азиатские сообщества в Москве

Азиатские коммьюнити: быт, страх и надежды их представителей

Правила жизни
Из Белого дома в TikTok: зачем бывший адвокат Дональда Трампа покоряет соцсети Из Белого дома в TikTok: зачем бывший адвокат Дональда Трампа покоряет соцсети

Зачем Майкл Коэн пошел в TikTok?

Forbes
Детство навсегда Детство навсегда

Многим кажется, что инфантилам живется легко, но не все так просто

Лиза
Над чем нельзя смеяться Над чем нельзя смеяться

Собрали темы, над которыми смеяться не позволено совершенно

Weekend
Как управлять стрессом — своим и ребенка: советы родителям Как управлять стрессом — своим и ребенка: советы родителям

Как не позволить стрессу разрушить ваши отношения с ребенком?

Psychologies
Топ-8 ошибок родителей старшеклассников Топ-8 ошибок родителей старшеклассников

Ошибки, которые невольно совершают родители старшеклассников

Psychologies
Австронезийские легенды о «маленьких темнокожих людях» связали с останками женщины с Тайваня Австронезийские легенды о «маленьких темнокожих людях» связали с останками женщины с Тайваня

Австронезийские легенды о «маленьких людях» связаны с коренной популяцией

N+1
Как открыть банку без консервного ножа: 3 проверенных метода Как открыть банку без консервного ножа: 3 проверенных метода

Отсутствие открывашки не должно стать препятствием к консервированной пище

ТехИнсайдер
Новый год — новая жизнь! 10 поднимающих настроение новогодних решений Новый год — новая жизнь! 10 поднимающих настроение новогодних решений

Делимся вдохновляющими идеями, как сделать свою жизнь лучше

ТехИнсайдер
Слез достоин каждый. О кинофестивальном хите «Исповедь» Слез достоин каждый. О кинофестивальном хите «Исповедь»

Как фильм «Исповедь» разрушает идею о коллективной ответственности

СНОБ
Открыть в приложении