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

Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

После Второй мировой фантастика приобрела авторов, кардинально обновивших жанр

Наука и жизнь
Конфликт желаемого и реального: что такое когнитивный диссонанс Конфликт желаемого и реального: что такое когнитивный диссонанс

О том, как работает когнитивный диссонанс, какими бывают его проявления

Forbes
Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед

Биология в 1900-х годах по темпам своего развития ничуть не отставала от физики

Знание – сила
Кристина Краснянская: «Мы не просто развешиваем произведения, а создаем объемную историю» Кристина Краснянская: «Мы не просто развешиваем произведения, а создаем объемную историю»

Кристина Краснянская о будущих коллаборациях и новых масштабных проектах

Grazia
Код будущего Код будущего

«Солнечный» электромобиль, экзоскелет для артистов и другие технологии будущего

ТехИнсайдер
Воскресная хандра: почему мы грустим в выходные Воскресная хандра: почему мы грустим в выходные

Почему окончание выходных всегда погружает нас в уныние и мрачные мысли

Psychologies
Фрагмент романа «Отец смотрит на запад»: дочь русской и казаха сбегает в Москву от личной трагедии, но трагедия следует по пятам Фрагмент романа «Отец смотрит на запад»: дочь русской и казаха сбегает в Москву от личной трагедии, но трагедия следует по пятам

Отрывок из фактурного романа, написанного легкой рукой о тяжелых вещах

Правила жизни
Трекинг в программах развития: исконно российский рецепт для роста бизнеса Трекинг в программах развития: исконно российский рецепт для роста бизнеса

Что такое трекинг и чем он может быть полезен технологическим компаниям

СНОБ
Телевизор или проектор: что лучше выбрать для домашнего кинотеатра? Телевизор или проектор: что лучше выбрать для домашнего кинотеатра?

На что опираться, выбирая комплектующие для домашнего кинотеатра?

ТехИнсайдер
С заботой о сердце С заботой о сердце

Программа минимум, которая поможет сохранить сердце здоровым

Добрые советы
Онежские поморы оказались генетически близки к финноязычному населению и скандинавам Онежские поморы оказались генетически близки к финноязычному населению и скандинавам

Российские генетики исследовали ДНК 130 онежских поморов мужского пола

N+1
Где взять мотивацию, если нет ни моральных сил, ни времени заниматься делом? Где взять мотивацию, если нет ни моральных сил, ни времени заниматься делом?

Что может помочь справиться с отсутствием мотивации и сил?

ТехИнсайдер
Очень страшные истории: Очень страшные истории:

Жуткая повесть Яны Демидович

VOICE
7 фактов о Гильермо Дель Торо 7 фактов о Гильермо Дель Торо

9 октября 1964 года родился триумфант 90-й церемонии «Оскар» Гильермо Дель Торо

Maxim
Взрослый секс Взрослый секс

13 фактов о сексе, которые вас порадуют

Новый очаг
5 научно обоснованных причин, по которым ультраобработанные продукты опасны для здоровья 5 научно обоснованных причин, по которым ультраобработанные продукты опасны для здоровья

Пять причин, почему ультраобработанные продукты вредны

Inc.
Уже пора. Почему готовить фигуру к лету нужно с осени Уже пора. Почему готовить фигуру к лету нужно с осени

Мы часто откладываем приведение в порядок тела «к пляжу» до последнего момента

Лиза

Как появились выражение "сморозил глупость" и слово "ерунда"?

ТехИнсайдер
В ограбленном погребении знатной сакской женщины нашли бляшки из ископаемых моллюсков В ограбленном погребении знатной сакской женщины нашли бляшки из ископаемых моллюсков

Среди артефактов оказались и предметы из золота

N+1
«Не могу это переварить». Как стресс влияет на пищеварение «Не могу это переварить». Как стресс влияет на пищеварение

В расстройстве может быть не только психика, но и желудок с кишечником

СНОБ
«Сижу одна в лесу без телефона». Истории людей, которые ненавидят свой день рождения «Сижу одна в лесу без телефона». Истории людей, которые ненавидят свой день рождения

День рождения не всегда бывает приятным праздником...

Лиза
Как выбрать лучший цвет комнаты для себя? Полезные факты Как выбрать лучший цвет комнаты для себя? Полезные факты

Что надо учесть при покраске стен

ТехИнсайдер
5 семейных кризисов: как выйти на новый уровень отношений 5 семейных кризисов: как выйти на новый уровень отношений

Можно ли избежать сложных периодов в семье? И что делать, когда они наступают?

Psychologies
5 древнейших цивилизаций, которые загадочно исчезли: от майя до скандинавских поселенцев 5 древнейших цивилизаций, которые загадочно исчезли: от майя до скандинавских поселенцев

Перед вами цивилизации, которые оставили археологам массу загадок

ТехИнсайдер
Родишь — пройдет: правда о лечебных эффектах беременности Родишь — пройдет: правда о лечебных эффектах беременности

Не иметь детей — вредно для здоровья; роди — и жизнь наладится

СНОБ
Углеродные единицы со многими нулями Углеродные единицы со многими нулями

Как получать прибыль на климатических проектах и борьбе с парниковыми газами

РБК
Что на самом деле означает переживать кризис среднего возраста и как его преодолеть Что на самом деле означает переживать кризис среднего возраста и как его преодолеть

Чувство потерянности, бесцельности и опустошения?

ТехИнсайдер
Тося Чайкина Тося Чайкина

Почему Тося Чайкина не стремится к популярности?

ЖАРА Magazine
После долгой реставрации в Санкт-Петербурге открывается Белый зал Фонтанного дома — о легендарном месте размышляет Сергей Николаевич После долгой реставрации в Санкт-Петербурге открывается Белый зал Фонтанного дома — о легендарном месте размышляет Сергей Николаевич

Чем так значим Белый зал в Шереметьевском дворце?

СНОБ
«Ребенка это не касается»: чем опасна детская травма свидетеля «Ребенка это не касается»: чем опасна детская травма свидетеля

Дети, систематически наблюдающие насилие в семье, переживают травматизацию

Forbes
Открыть в приложении