В церне наблюдали превращения бозона хиггса
Физики из коллаборации CMS в Европейской организации по ядерным изучениям (ЦЕРНе) представили свидетельства распадов бозона Хиггса в фермионные пары частица-античастица. Как направляться из работы ученых, размещённой в издании Nature, им удалось замечать прямые распады бозонов Хиггса на пары кварков поколений и третьего лептонов таон-антитаон и боттом-антиботтом, соответственно.
Давайте подробнее разглядим его значение и исследование учёных для физики элементарных частиц.
Питер Хиггс
Фото: Claudia Marcelloni/ ATLAS Experiment/ CERN
Бозон Хиггса, открытый к 2012 году в серии опытов на Громадном адронном коллайдере (БАК), представляет собой последнюю экспериментально найденную частицу, существование которой предсказывается Стандартной моделью. Частица имеет все свойства, каковые ей предвещает теория, и изучения ученых из ЦЕРНа подтверждают это: открытый бозон есть самым «стандартным» — до сих пор никаких аномальных особенностей, говорящих о проявлении «новой физики», эта частица не нашла.
Аналог механизма Хиггса в теории сверхпроводимости — эффект Мейснера. Явление содержится в вытеснении магнитного поля из сверхпроводника при переходе последнего в сверхпроводящее состояние.
В современной математической физике (теории струн) часто потенциал Хиггса (обрисовывающий самодействие поля H) именуют потенциалом Гинзбурга-Ландау, по имени ученых, предложивших макроскопическую теорию этого явления.
Введение скалярного поля, квантом которого есть бозон Хиггса, разрешает сгенерировать массу в электрослабом секторе Стандартной модели. До появления для того чтобы скалярного поля электрослабая симметрия в природе, как полагают, приводила к существованию безмассовых электрослабых заряженных W± и нейтрального Z0 фотонов и бозонов.
Поле Хиггса H нарушило симметрию (так именуемое спонтанное нарушение симметрии) и стало причиной появлению массовых состояний частиц; безмассовыми остались лишь глюоны и фотоны.
Один из вероятных каналов получения бозона Хиггса
из сотрудничества двух кварков через образование промежуточных бозонов
Изображение: Booya/ wikipedia.org
фермионы и Бозоны являются двумя главными типами частиц в квантовой статистике. Так, в одном и том же состоянии может пребывать неограниченное число тождественных бозонов, в то время как фермионы подчиняются принципу Паули, в соответствии с которому в совокупности в одном квантовом состоянии может пребывать лишь одна частица.
Предсказуемость особенностей бозона Хиггса Стандартной моделью подтверждает ее адекватность для описания физики на масштабах энергий до приблизительно одного тераэлектронвольта. Но, отсутствие на данный момент сигналов для расширений теории (к примеру, суперсимметричных, либо наличия нескольких бозонов) пара огорчает физиков.
Не означает ли это, что дальше бозона Хиггса ничего нет? По крайней мере, опыты в ЦЕРНе лишь набирают собственную силу, и в 2015 году БАК получит с удвоенной энергией до, приблизительно, 14 тераэлектронвольт.
Боттом (b-кварк) — частица с массой 4,2?4,7 гигиэлектронвольт (практически в пять раз тяжелее протона и нейтрона) и отрицательным зарядом, равным мин. одной трети заряда электрона (заряд дробный, как у всех кварков). Время судьбы — 10-12 секунд.
Тау-лептон (таон) — отрицательно заряженная частица, которая имеет массу около 1,77 гигаэлектронвольт и время судьбы 2,9?10-13 секунд.
На протяжении опытов физики сталкивали партоны — так именуют пространственную совокупность разогнанных до релятивистских скоростей (энергий) протонов, каковые комфортно разглядывать не как отдельные протоны, а как объединение кварков (и их античастиц — антикварков) и глюонов. В таких условиях протоны претерпевают процессы распада и множественного рождения и образуют другие элементарные частицы.
Протон складывается из трех кварков — частиц материи (всего в природе существуют шесть кварков), в то время как глюоны переносят сильное (ядерное) сотрудничество между ними. Всего в природе существуют восемь типов глюонов.
В отличие от бозона Хиггса, они являются векторными частицами, помимо этого, эти частицы несут цветовой заряд (аналог заряда, лишь зарядов — не два, а три) и сами участвуют в сильном сотрудничестве.
Предварительные результаты по распадам бозона Хиггса
(по состоянию на апрель 2014 года).
Эти по распадам с участием частиц третьего поколения обоснованы
Изображение: CMS Experiment/ CERN
Не считая глюонов, векторными бозонами являются и калибровочные фотоны (переносчики электромагнитного сотрудничества) и три промежуточных бозона электрослабой теории Глешоу-Вайнберга-Салама. В отличие от фермионов (к каким относятся частицы материи — лептоны и кварки), бозоны имеют целое значение поясницы.
Спин скалярного бозона Хиггса равен нулю, всех остальных — единице. Поясницы фундаментальных кварков (и фермионов лептонов) вдвое меньше.
В квантовой теории поля понятие квантового поля есть более фундаментальным, чем понятие элементарной частицы. Считается, что каждая частица формирует около себя поле, сотрудничество с другими частицами осуществляется при помощи обмена квантами поля одной частицы с квантами частиц другого поля.
Совокупность таких процессов и виртуальных частиц их уничтожения и рождения образовывает содержание так именуемого физического вакуума (в отличие от математического вакуума классической механики). Такие виртуальные процессы влияют на замечаемые параметры сотрудничеств частиц, их учет образовывает одну их главных задач квантовой теории поля.
Разогнанные протоны сталкивали в совокупности центра весов; в продуктах реакций ученым удалось извлечь статистически значимые (точные) следы распада бозонов Хиггса с массой окоkо 125 гигаэлектронвольт на пары таон-антитаон и боттом-антиботтом. В 2011 году частицы сталкивали на энергиях до семи тераэлектронвольт, в 2012 году энергию увеличили на один тереэлектронвольт.
Потому, что время судьбы бозона Хиггса достаточно мало (порядка 10-22 секунды), ученые в состоянии лишь замечать продукты распада данной частицы.
Детекторы CMS изучали каналы распада бозона Хиггса, и наровне с фоновыми, выделяли сигналы распада в пары таон-антитаон и боттом-антиботтом. Экспериментаторы по окончании анализа результатов измерений пришли к выводам, что им удалось зафиксировать такие прямые распады с замечаемым значением стандартного отклонения в 3,8 , не смотря на то, что ученые ожидали взять их при значении отклонения, равном 4,4.
Значение отклонения, замечаемого учеными, вполне достаточно для того, чтобы вычислять их результаты открытием.
Результаты двух опытов по поиску распадов бозонов Хиггса
на пары таон-антитаон и боттом-антиботтом и их комбинация
Изображение: ATLAS Experiment/ Nature
CMS (Compact Muon Solenoid) — одна из совокупностей детектирования, установленная на БАК (компактный мюонный соленоид) и наименование одноименной коллаборации ученых из ЦЕРНа. В коллаборации принимают участие более трех тысяч физиков из около 40 государств.
Россию в CMS воображают, в основном, ученые таких больших университетов, как Объдиненный университет ядерных изучений в Дубне и Университет теоретической и экспериментальной физики, и Российской академии наук.
Открытие ученые распадов бозона Хиггса, согласующихся со Стандартной моделью, разрешает изучить значение констант сотрудничества этих частиц с третьим поколением кварков и лептонов, и взять вероятные ограничения на последовательность ее расширений и параметров теории, каковые следуют из таких сотрудничеств.
Источник: А. Борисов lenta.ru
Бозон Хиггса — частица Всевышнего. Просто о сложном
