Бозон Хиггса
Бозон Хи́ггса, или Хи́ггсовский бозо́н — теоретически предсказанная элементарная частица, элементарный бозон, квант поля Хиггса, с необходимостью возникающая в Стандартной модели вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии. По построению, хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином. Постулирован Питером Хиггсом в его фундаментальных статьях, вышедших в 1964 году[1]. В рамках Стандартной модели отвечает за массу элементарных частиц.
В теории, при минимальной реализации хиггсовского механизма должен возникать один нейтральный хиггсовский бозон (в научных работах такая частица называется SM Higgs); в расширенных моделях спонтанного нарушения симметрии может возникнуть несколько хиггсовских бозонов различной массы, в том числе и заряженные.
Впрочем, существуют модели, не требующие введения бозона Хиггса для объяснения масс наблюдаемых частиц Стандартной модели, так называемые бесхиггсовские модели. Отрицательный результат поисков бозона Хиггса послужил бы косвенным аргументом в пользу подобных моделей.
Содержание |
[править] Эксперименты по поиску и оценке массы хиггсовского бозона
Поиски хиггсовского бозона в Европейском центре ядерных исследований на Большом электрон-позитронном коллайдере (LEP) (эксперимент завершён в 2001 году, энергия 104 ГэВ на каждый пучок, то есть суммарная энергия пучков в системе центра масс 208 ГэВ) не увенчались успехом: были зафиксированы три события-кандидата на детекторе ALEPH при массе 114 ГэВ, два — на DELPHI и одно — на L3. Такое количество событий приблизительно соответствовало ожидавшемуся уровню фона. Предполагается, что вопрос о существовании бозона Хиггса прояснится окончательно после вступления в строй и нескольких лет работы Большого адронного коллайдера (LHC).
В 2004 году была проведена повторная обработка данных эксперимента D0 по определению массы t-кварка, проводившегося на синхротроне Тэватрон в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, в ходе этой обработки была получена уточнённая оценка массы, что привело к переоценке верхней границы массы бозона Хиггса до 251 ГэВ.[2]
В 2010 году в ходе экспериментов на Тэватроне исследовательской группой DZero было обнаружено 1-процентное отклонение результатов от теоретически предсказанных стандартной моделью[3]. Вскоре было объявлено о том, что причиной расхождения могло стать существование не одного, а пяти бозонов Хиггса — в рамках теории суперсимметрии могут существовать заряженные положительно и отрицательно, скалярные (легкий и тяжелый) и псевдоскалярный бозоны[4]. Ожидается, что подтвердить или опровергнуть данную гипотезу помогут эксперименты на Большом адронном коллайдере.
В июле 2011 года коллаборации ATLAS и CMS выявили отклонение статистики в районе массы 130—150 ГэВ в результатах, представленных на конференции EPS-HEP’2011 в Гренобле, что возможно указывает на существование бозона Хиггса[5]. Однако данные с Большого адронного коллайдера продолжают поступать, и последующая обработка, возможно, нивелирует полученные отклонения. Между тем, на той же конференции был закрыт (с 3-процентным отклонением) диапазон от 150 ГэВ до 400 ГэВ (за исключением небольших окон), где бозон Хиггса существовать не может[6][7].
В ноябре 2011 года коллаборации ATLAS и CMS сузили интервал масс возможного существования бозона до 114—141 ГэВ[8]. Интервал от 141 до 443 ГэВ был исключён с вероятностью 99 % за исключением трёх узких окон между 220 и 320 ГэВ[9].
13 декабря 2011 года коллаборации ATLAS и CMS представили предварительные результаты обработки данных 2011 года, основной вывод состоит в том, что бозон Хиггса Стандартной модели, если он существует, скорее всего, имеет массу в интервале 116—130 ГэВ по данным эксперимента ATLAS, и 115—127 ГэВ — по данным CMS. Оба эксперимента наблюдают превышение сигнала над фоном в этих интервалах в различных предполагаемых каналах распада бозона Хиггса. Интересно то, что несколько независимых измерений указывают на область от 124 до 126 ГэВ[10]. Пока слишком рано говорить о том, что ATLAS и CMS открыли бозон Хиггса, но эти обновленные результаты вызывают большой интерес в сообществе физики элементарных частиц. Тем не менее, для окончательных утверждений о существовании или несуществовании бозона Хиггса требуется больший объём данных, который ожидается в 2012 году.[11][12]
[править] Бозон Хиггса в массовом сознании
Бозон Хиггса — последняя до сих пор не найденная частица Стандартной модели. Частица Хиггса так важна, что в заголовке книги нобелевского лауреата Леона Ледермана книге (англ.) она названа «god particle» (частица бога или частица-бог)[13], а сам Ледерман изначально предлагал вариант «прокля́тая частица» (англ. goddamn particle), отвергнутый редактором. Это ироничное название широко употребляется средствами массовой информации[14]. Учёные же недолюбливают его, некоторые из них считают более удачным название «бозон-бутылка шампанского» (англ. The champagne bottle boson)[15].
Невозможность открыть этот бозон может скомпрометировать текущую реализацию Стандартной модели, однако в физике элементарных частиц уже разработаны её расширения (бесхиггсовские модели).
[править] Примечания
- ↑ P. W. Higgs Broken symmetries, massless particlees and gauge fields (англ.) // Phys. Lett.. — 1964. — Vol. 12. — P. 132—133. — DOI:10.1016/0031-9163(64)91136-9
P. W. Higgs Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 1964. — Vol. 13. — P. 508—509. — DOI:10.1103/PhysRevLett.13.508 - ↑ D0 Collaboration (V. M. Abazov et al.). A precision measurement of the mass of the top quark // Nature. — 2004. — Т. 429. — P. 638. arΧiv:hep-ex/0406031
- ↑ Бесценное расхождение: Замечательный процент // Журнал «Популярная механика»
- ↑ Пять бозонов Хиггса: Кто больше? // Журнал «Популярная механика»
- ↑ Избыточные события намекнули на бозон Хиггса, Membrana.ru.
- ↑ Combined SM Higgs search, ATLAS Detector, LHC.
- ↑ Combined Results on SM Higgs Search With The CMS Detector.
- ↑ Geoff Brumfiel. Higgs hunt enters endgame (англ.), Nature News (18 November 2011). Проверено 3 декабря 2011.
- ↑ The ATLAS collaboration. Combined Standard Model Higgs boson searches with up to 2.3 fb-1 of pp collisions at sqrt{s}=7 TeV at the LHC
- ↑ Теоретики обсуждают последние данные LHC по хиггсовскому бозону\\«Элементы», 27.12.11
- ↑ CERN Press Release
- ↑ Поиски бозона Хиггса стандартной модели в эксперименте CMS на Большом адронном коллайдере в 2010-‐2011 годах, Пресс-релиз, CMS CERN, 13.12.2011.
- ↑ Митио Каку. Физика невозможного — Альпина нон-фикшн, 2010. — С. 381. — 456 с. — ISBN 978-5-91671-057-1.
- ↑ «Частица Бога» не откроет тайну американцам
- ↑ Higgs particle // LHC
[править] Литература
- Богуш А. А. Введение в калибровочную полевую теорию электрослабых взаимодействий — 2-e изд.. — УРСС, 2003. — ISBN 5-354-00436-5.
- А. И. Вайнштейн, В. И. Захаров, М. А. Шифман. Хиггсовские частицы // УФН. — 1980. — Т. 131. — № 8.
[править] Ссылки
- Поиск хиггсовского бозона на LHC
- Gordon Fraser, Season of Higgs and melodrama, CERN Courier Vol.41, N2, pp.24-26 (March 2001), перевод Н. Никитина
- Higgs physics at the LHC (англ.)
- ЦЕРН о Бозоне Хиггса (англ.)
- Бозон Хиггса\\Л. Н. Смирнова. ДЕТЕКТОР ATLAS БОЛЬШОГО АДРОННОГО КОЛЛАЙДЕРА-Кафедра общей ядерной физики физического факультета МГУ
