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
Психолог объяснила, как оставаться счастливым в кризис несмотря ни на что Психолог объяснила, как оставаться счастливым в кризис несмотря ни на что

Можно ли в кризисное время радоваться жизни? Разбираемся вместе с экспертом

Psychologies
Кто такие зомби Кто такие зомби

Эволюция от послушных рабов к агрессивной нежити

Вокруг света
Неприметный шедевр Неприметный шедевр

Именно к этому полотну посетители Лувра чаще всего поворачиваются спиной

Дилетант
Красный. Это Ferrari Красный. Это Ferrari

Красные феррари стали синонимом слова «скорость»

Вокруг света
Как бросить курить: подробная инструкция. Часть 2 Как бросить курить: подробная инструкция. Часть 2

Какую роль играют эмоции в никотиновой зависимости?

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

Почему тайну личности Достоевского способен постичь только врач?

Наука и жизнь
14 простых и быстрых способов снять стресс 14 простых и быстрых способов снять стресс

14 способов, которые помогут быстро снять стресс и нервное напряжение

Psychologies
На задворках Солнечной системы На задворках Солнечной системы

Какие тайны скрывают далёкие мало изученные миры?

Наука и жизнь
Как выбрать пленочную камеру? Бренды СССР хорошие? Инструкция Как выбрать пленочную камеру? Бренды СССР хорошие? Инструкция

Если вы когда-то мечтали стать художником — начните фотографировать!

ТехИнсайдер
Чистое дыхание авиации Чистое дыхание авиации

Первые регулярные рейсы электросамолеты могут совершить в ближайшие годы

Популярная механика
Живее всех живых. Посмотрите, какие машины все еще выпускают Живее всех живых. Посмотрите, какие машины все еще выпускают

Kегендарные автомобили, которые все еще можно купить новыми

РБК
Лабиринт: запутанная история Лабиринт: запутанная история

Самые необычные лабиринты мира – история и тайны

Вокруг света
Звезды над дюнами Звезды над дюнами

Путешествие к секретам Аравийской пустыни

Вокруг света
Одиноко сидит город Одиноко сидит город

Все чаще слышны разговоры о том, что у больших городов нет будущего

Вокруг света
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
Бытовые вопросы: почему пахнет стиральная машинка и как избавить ее от накипи? Бытовые вопросы: почему пахнет стиральная машинка и как избавить ее от накипи?

Есть ли способы избавиться от запашка и продлить срок службы вашей машинки?

ТехИнсайдер
5 способов справляться с неопределенностью 5 способов справляться с неопределенностью

Неопределенность всегда появляется, когда в нашу жизнь врываются перемены

Psychologies
И обувь очистит, и макияж снимет... Вот, что ещё умеет оливковое масло! И обувь очистит, и макияж снимет... Вот, что ещё умеет оливковое масло!

Как еще можно использовать оливковое масло, кроме как заправить салат

ТехИнсайдер
«Энфилдский полтергейст»: история самого задокументированного проявления паранормального «Энфилдский полтергейст»: история самого задокументированного проявления паранормального

Эта мистическая история началась в августе 1977 года в обычном районе Лондона

VOICE
Может ли солнечная буря оставить всю Землю без интернета? Может ли солнечная буря оставить всю Землю без интернета?

Какой мощности нужна солнечная буря, чтобы вырубить всю Сеть на Земле

ТехИнсайдер
Почему самые гениальные идеи приходят в душе? Американские ученые нашли ответ Почему самые гениальные идеи приходят в душе? Американские ученые нашли ответ

Пока вы стоите под душем, ваши мысли блуждают. И вдруг — эврика!

Inc.
От южных гор до северных морей От южных гор до северных морей

Как климатические изменения затронут жителей различных регионов России

РБК
Он само совершенство Он само совершенство

Признаки того, что ты идеализируешь партнера

Лиза
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
При столкновении двух нейтронных звезд поток излучения оказался в семь раз быстрее скорости света — как такое возможно? При столкновении двух нейтронных звезд поток излучения оказался в семь раз быстрее скорости света — как такое возможно?

Что происходит, когда звезды сталкиваются?

ТехИнсайдер
Третий возраст: как отели встречают пожилых постояльцев Третий возраст: как отели встречают пожилых постояльцев

Курьезные случаи из истории отеля, связанные с размещением особенных гостей

Правила жизни
Если из отношений исчез секс: 9 способов пробудить желание Если из отношений исчез секс: 9 способов пробудить желание

Что можно предпринять, если в постели уже очень давно ничего не происходит?

Psychologies
«Любой переезд — разрыв идентичности»: как помочь ребенку адаптироваться в эмиграции «Любой переезд — разрыв идентичности»: как помочь ребенку адаптироваться в эмиграции

Как помочь ребенку при внезапных и глобальных переменах

Forbes
Хабенский-Каренин и «Сын» Бутусова: как прошла «Золотая маска» в Красноярске Хабенский-Каренин и «Сын» Бутусова: как прошла «Золотая маска» в Красноярске

Пять спектаклей из Москвы и Новосибирска привезла «Золотая Маска» в Красноярск

СНОБ
Открыть в приложении