25 марта 2019, Понедельник, 08:02
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

05 июля 2012, 09:25

Охота на бозон Хиггса. Что же нашли физики?

Прыжок в будущее

4 июля 2012 г. в ЦЕРНе состоялся открытый для прессы семинар, за онлайн-трасляцией которого следили сотни тысяч землян. Все ожидали объявления об обнаружении бозона Хиггса. Происходившее в ЦЕРНе не оставляло сомнений, что ученые уверены, что нашли то, что искали. "I think we have it! Do you agree?" ("Я думаю, что мы ее получили! Вы согласны?") - заключил директор лаборатории ЦЕРН Рольф Хойер под бурные аплодисменты присутствующих. Аплодировали и ученые, съехавшиеся на самую крупную в физике высоких энергий конференцию ICHEP2012 (International Conference on High Energy Physics) в Мельбурне. Кто-то из участников семинара даже плакал.  «Мы 28 лет шли к этому шагу, но основные открытия еще впереди», - так прокомментировал события 4 июля один из ветеранов охоты на бозон Хиггса. Не обошлось и без комизма. Так, наблюдательные зрители увидели, как директор ЦЕРНа в середине второго доклада отправлял смску, а буквально через минуту разослали релиз с цитатами выступающих на семинаре, которые еще не были произнесены. О том, что же было найдено и что предстоит найти читателям «Полит.ру» рассказывает докт. физ.-мат. наук, зав. лаборатории физики элементарных частиц Андрей Ростовцев. Желающие могут также ознакомиться со слайдами коллаборации CMS с семинара в ЦЕРНе.

По современным представлениям, весь материальный мир вокруг нас состоит из элементарных частиц. Из соображений симметрии теория запрещает этим частицам иметь массу. Однако из наблюдений мы знаем, что даже легкие электроны имеют ненулевую массу, не говоря уже о более тяжелых элементарных частицах.  Выход из этого затруднительного положения был предложен в 1964 году одновременно несколькими группами ученых-теоретиков, но чаще всего решение проблемы приобретения элементарными частицами массы связывается с именем шотландского ученого Питера Хиггса. Свою модель Питер Хиггс изложил в короткой оригинальной статье, которую он направил в редакцию престижного физического журнала Physics Letters.

Если коротко, модель Хиггса сводится к тому, что вакуум, в который погружен весь наш материальный мир, отнюдь не пуст, а наполнен вязким полем, с которым в свою очередь взаимодействуют изначально безмассовые элементарные частицы. Двигаясь сквозь это поле, они приобретают эффективную массу и эта масса тем больше, чем сильнее их взаимодействие с полем. Ответ редакции журнала автору статьи не заставил себя долго ждать и сводился к тому, что редакторы не усмотрели практических выводов из предложенной модели  и в публикации Питеру Хиггсу отказали.

Нисколько не отчаявшись, Питер Хиггс добавил к своей статье всего один короткий абзац, объясняющий, что у поля, существование которого он предположил, как и у всякого другого поля есть кванты, т.е. реальные частицы, рождение которых можно наблюдать на ускорителях. С такой поправкой статья П. Хиггса появилась в печати, а частица-квант поля, бозон Хиггса, получил его имя. С тех пор, вот уже почти полвека продолжается охота физиков-экспериментаторов на эту гипотетическую частицу. 

В теории предсказать массу самого бозона Хиггса невозможно, зато можно надежно предсказать другие его свойства, такие как вероятность рождения или вероятность распада его на другие частицы. К несчастью экспериментаторов, вероятность рождения бозонов Хиггса на ускорителях частиц оказалась чрезвычайно мала, и как позже выяснилось, масса Хиггсовской частицы слишком велика. Поэтому для обнаружения бозона Хиггса необходимо было построить ускоритель частиц, сталкивающий как можно больше частиц  с максимально возможной энергией. Таким ускорителем стал Большой адронный коллайдер, построенный в лаборатории ЦЕРН, расположенной рядом с Женевой на границе Швейцарии и Франции.

В результате столкновений протонов на Коллайдере  рождается множество разных частиц. Зачем они все нужны природе – никто не знает, но свойства абсолютного их большинства уже достаточно хорошо изучены. Среди всей этой разлетающейся от соударения протонов в разные стороны каши очень редко, но всё же попадаются и новые неизвестные частицы. Одна из них - (предположительно) бозон Хиггса. Непосредственно рождение бозона Хиггса наблюдать нельзя, зато его присутствие косвенно можно установить по его распаду на другие более легкие долгоживущие частицы, например, на два фотона или две пары лептонов. Именно эти два канала распада Хиггсовского бозона и были в первую очередь зарегистрированы в экспериментах CMS и ATLAS на Большом адронном коллайдере.

Трудность обнаружения следов бозона Хиггса на Коллайдере состоит в том, что фотоны и лептоны рождаются в столкновениях протонов и без всяких хиггсовских частиц. Комбинаторика перебора всех пар рожденных частиц даже в одном событии очень велика. Но, масса случайной пары частиц распределена случайным образом в очень широком диапазоне, зато правильная комбинация из распада реальной тяжелой частицы всегда будет иметь одно и то же значение массы. Поэтому на гладком комбинаторном фоновом спектре масс реальные частицы выглядят как сравнительно узкие пики. Экспериментаторы среди известных уже положений пиков от уже известных частиц пытаются разглядеть незначительный горбик на новом месте, связанный с рождением и распадом новой частицы.

Экспериментаторам на Большом адронном коллайдере несказанно повезло – им удалось обнаружить маленький, но статистически значимый «горбик» в спектре масс пар фотонов. Везение заключалось в том, что по какой-то неизвестной причине вероятность распада новой частицы на пару фотонов оказалась выше, чем предсказывалось в теории для бозона Хиггса. Именно, регистрация распадов новой частицы с массой примерно 125 масс протона на два гамма кванта и стала основой сделанного открытия.

К сожалению, другой канал распада этой новой частицы на две пары лептонов оказался не только не усилен, но несколько подавлен относительно предсказаний для Хиггсовского бозона. Однако, несмотря на это обстоятельство, суммарная статистическая значимость обнаружения новой частицы в каждом из двух экспериментов по отдельности составила пять стандартных отклонений. Именно такой порог доверия экспериментальным результатам, позволяющий объявить об открытии, был установлен в физике элементарных частиц.

Объявление об открытии новой частицы с массой примерно 125 ГэВ было сделано 4 июля на научном семинаре в лаборатории ЦЕРН. Достоверно стало известно, что частица эта не обладает зарядом и ее спин, вероятнее всего, равен нулю, т.е. она – бозон. Однако, пока ученые-физики осторожны в плане заявлений об открытии именно Хиггсовской частицы.  Не все ясно и с другими каналами распада обнаруженной частицы. Так, ожидания увидеть сигнал в наиболее вероятной моде распада Хиггсовского бозона на b-кварки, пока не оправдались. Отсутствует сигнал и в распаде обнаруженного бозона на пару тау-лептонов.

Ответить на все возникшие вопросы можно будет только в будущем, когда в экспериментах на Коллайдере будет накоплено достаточно статистики, чтобы подробно изучить свойства новой частицы.  Очевидно, Природа будет дозировано расставаться со своими секретами. А открытие, о котором в среду заявили ученые-физики, станет лишь первым шагом на этом пути. 

См. также:

Обсудите в соцсетях

Система Orphus

Главные новости

20.03 00:52Замглавы правительства Ставрополья попала под проверку из-за уголовного дела
20.03 00:36Минтруд предложил продлить программу маткапитала до 2024 года
20.03 00:25Росстат по-новому пересчитает доходы россиян за последние шесть лет
20.03 00:05«Нуреев» Серебренникова получил премию BraVo как лучший балет года
19.03 23:48Украина решила запастись газом в ожидании «российских провокаций»
19.03 23:19«Роскосмос» оштрафовал свой НИИ на 155 млн рублей
19.03 23:02Переговоры о торговой сделке между США и КНР дошли до финала
19.03 22:28После ухода Назарбаева в Казахстане начали массово скупать доллары
19.03 22:05Росстат подсчитал наедающихся на ночь россиян
19.03 21:53Путин назвал Су-57 лучшим самолетом в мире
19.03 21:36В аэропорту иранской столицы загорелся лайнер с пассажирами
19.03 21:22Египет впервые с 2013 года повысит сбор за выезд из страны
19.03 20:53Суд обязал жительницу Коми опровергнуть обвинения в адрес местной колонии
19.03 20:42«Газпром» сообщил о росте просроченных долгов за газ в России
19.03 20:16Трамп поддержал вступление Бразилии в НАТО и ОЭСР
19.03 19:46Вдова знаменитого хоккеиста Тюменева осуждена за мошенничество
19.03 19:30Во Франции выдан ордер на арест экс-главы ВФЛА Балахничева
19.03 18:53Глава Мурманской области попросила Кремль об отставке
19.03 18:39Премию Абеля впервые получила женщина
19.03 18:22Губернатор Челябинской области попросился в отставку
19.03 17:47Назарбаев провел переговоры с Путиным до объявления об отставке
19.03 17:15Минфин заявил о намерении провести масштабное сокращение госслужащих
19.03 17:00У людей обнаружили подсознательную чувствительность к магнитному полю Земли
19.03 16:43Ипотечные каникулы распространят на уже выданные кредиты
19.03 16:09Назарбаев ушел в отставку
19.03 15:24В Нидерландах нашли подтверждение террористической атаки в Утрехте
19.03 15:20Стартует седьмой сезон Международной детской социальной программы «Футбол для дружбы»
19.03 15:15Выращенный в лаборатории мини-мозг самостоятельно связался с мышцами
19.03 15:06В Турции соединили морскую и наземную части «Турецкого потока»
19.03 14:42Лишенная детей екатеринбурженка обратилась в ЕСПЧ
19.03 14:00В центре Москвы студент совершил суицид
19.03 13:31Журналистка «Коммерсанта» заявила о ее увольнении из-за публикаций в Telegram
19.03 12:57В Ленинградской области студента задержали после его обещания расстрелять колледж
19.03 12:21«Аэрофлот» начнет продавать билеты без багажа
19.03 12:04В Подмосковье семь человек отравились бытовым газом
19.03 11:32Полицейские задержали еще двух человек после стрельбы в Утрехте
19.03 11:09Москва покинула сотню самых дорогих городов мира
19.03 10:34В ГД внесли законопроект о возвращении к переводу часов
19.03 10:02В центре Москвы из галереи украли несколько картин
19.03 09:40В США затопило базу с самолетом «судного дня»
19.03 09:39Австралийский баран сэр Фредди произвел потомство спустя десятки лет после смерти
19.03 09:08В Японии запретили применять физическое наказание к детям
19.03 08:53Умер Марлен Хуциев
19.03 00:55Экс-президента Перу задержали за пьянство в американском ресторане
19.03 00:52Часть Каракаса осталась без света из-за взрыва на электроподстанции
19.03 00:32Рогозин пообещал подстраховать NASA на случай неудач с ракетами
19.03 00:23СМИ: IPO «Совкомфлота» опять отложено
19.03 00:11Обвиненный в контрабанде наркотиков американец освобожден из СИЗО в Москве
18.03 23:48Украина выразила протест по поводу поездки Путина в Крым
18.03 23:19В хабаровском правительстве прошли обыски по «лесному делу»

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.