Бозон Хиггса
Бозон Хи́ггса, Хи́ггсовский бозо́н, хиггсо́н[1] — элементарная частица, элементарный бозон, квант поля Хиггса, с необходимостью возникающий 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[2][3]. В рамках Стандартной модели отвечает за массу элементарных частиц.
Бозон Хиггса первоначально был предсказан в теории, и после нескольких десятков лет поиска 4 июля 2012 года представители ЦЕРНа сообщили, что на обоих основных детекторах БАК наблюдалась новая частица с массой около 125—126 ГэВ[4]. Имелись веские основания считать, что эта частица является бозоном Хиггса[5][6][7]. 14 марта 2013 года физики ЦЕРНа подтвердили, что найденная полугодом ранее частица действительно является бозоном Хиггса.
Содержание |
Предсказание открытия [править]
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.
Эксперименты по поиску и оценке массы хиггсовского бозона [править]
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 (англ.)русск. при массе 114 ГэВ, два — на DELPHI (англ.)русск. и одно — на L3 (англ.)русск.. Такое количество событий приблизительно соответствовало ожидавшемуся уровню фона. Предполагалось, 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.[8]
В 2010 году в ходе экспериментов на Тэватроне исследовательской группой DZero была обнаружена 1-процентная разница в числе образующихся при распаде В-мезона мюонов и антимюонов[9]. 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[10]. Ожидалось, 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.[11] 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%-м отклонением) диапазон от 150 ГэВ до 400 ГэВ (за исключением небольших окон), где бозон Хиггса существовать не может.[12][13]
В ноябре 2011 года коллаборации ATLAS и CMS сузили интервал масс возможного существования бозона до 114—141 ГэВ[14]. Интервал от 141 до 443 ГэВ был исключён с вероятностью 99 % за исключением трёх узких окон между 220 и 320 ГэВ[15].
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.[16] Было слишком рано говорить о том, что ATLAS и CMS открыли бозон Хиггса, но эти обновлённые результаты вызвали большой интерес в сообществе физики элементарных частиц. Тем не менее, для окончательных утверждений о существовании или несуществовании бозона Хиггса требуется больший объём данных, который ожидался в 2012 году.[17][18]
2 июля 2012 года коллаборации D0 (англ.)русск. и CDF (англ.)русск. заявили, что по результатам анализа данных ускорителя Тэватрон имеется некоторый избыток, который может быть интерпретирован как вызванный бозоном Хиггса с массой в диапазоне 115—135 ГэВ со статистической значимостью 2,9 стандартных отклонения, что меньше порога в 5 сигма, необходимого для того чтобы заявить об открытии частицы.[19][20][21]
4 июля 2012 года, на научном семинаре CERN, проходившем в рамках научной конференции ICHEP 2012 в Мельбурне[22], были изложены предварительные результаты экспериментов ATLAS и CMS по поиску бозона Хиггса за первую половину 2012 года. Оба детектора наблюдали новую частицу с массой около 125—126 ГэВ с уровнем статистической значимости 5 сигма. Предполагается что данная частица — бозон, при этом она — самый тяжёлый из когда-либо обнаруженных бозонов.[4][5] На семинар были приглашены физики Франсуа Энглер (англ.)русск., Карл Хаген (англ.)русск., Питер Хиггс и Джеральд Гуральник (англ.)русск., которые являются одними из «авторов» механизма Хиггса.[23]
В марте 2013 года учёные ЦЕРН пришли к выводу, что открытая ими в июле 2012 года частица действительно является бозоном Хиггса[24][25]. Однако ещё не установлено точно, является ли эта частица бозоном Хиггса, предсказанным Стандартной моделью, или это другой вариант бозона Хиггса, о котором говорят некоторые другие теории, выходящие за рамки Стандартной модели.
Бозон Хиггса в массовом сознании [править]
Бозон Хиггса — последняя найденная частица Стандартной модели. Частица Хиггса так важна, что в заголовке книги нобелевского лауреата Леона Ледермана «Частица Бога: если Вселенная это ответ, то каков вопрос? (англ.)русск.» она названа «god particle» (частица бога или частица-бог)[26], а сам Ледерман изначально предлагал вариант «прокля́тая частица» (англ. goddamn particle), отвергнутый редактором. Это ироничное название широко употребляется средствами массовой информации[27]. Многие учёные не одобряют это прозвище, считая более удачным «бозон бутылки шампанского» (англ. The champagne bottle boson) — из-за игры образами, так как потенциал комплексного поля Хиггса напоминает донышко бутылки шампанского, а его открытие явно приведёт к опустошению не одной такой бутылки[28].
До открытия этой частицы, в физике элементарных частиц были разработаны расширения стандартной модели, не использующие понятия бозона Хиггса (бесхиггсовские модели).
Литература [править]
- 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.
- Ансельм А. А., Уральцев Н. Г., Хозе В. А. «Хиггсовские частицы». УФН том 145, 185—223 (1985).
Примечания [править]
- ↑ С. В. Кетов. Введение в квантовую теорию струн и суперструн. Новосибирск: Наука, 1990. ISBN 5-02-029660-0, с. 258 «В теории необходим по крайней мере один физический хиггсон H0 со спином 0»
- ↑ 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
- ↑ 1 2 CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson — Пресс-релиз CERN, 4.07.2012 (англ.)
- ↑ 1 2 Физики обнаружили претендента на роль бозона Хиггса // Lenta.ru 4.07.2012
- ↑ В ЦЕРНе объявлено об открытии хиггсовского бозона — Elementy.ru, 4.07.2012 (рус.)
- ↑ «Физическое сообщество считает, что хиггсовский бозон открыт» — Elementy.ru, 16.07.12
- ↑ 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
- ↑ 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
- ↑ Tevatron scientists announce their final results on the Higgs particle. Fermilab press room (July 2, 2012). Архивировано из первоисточника 4 августа 2012. Проверено 2 июля 2012.
- ↑ Тэватрон сделал последнюю ставку на диапазон масс бозона Хиггса, «РИА Новости», 02.07.2012.
- ↑ Элементы — новости науки: Тэватрон обновил свои результаты по поиску хиггсовского бозона
- ↑ О новых результатах, по поиску хиггсовского бозона объявят 4 июля, 23.06.12, Элементы.ру
- ↑ Физики ЦЕРНа представят данные о возможном открытии бозона Хиггса, «РИА Новости», 03.07.2012
- ↑ http://ria.ru/science/20130314/927260043.html " Физики, работающие на Большом адронном коллайдере, после анализа собранных данных пришли к выводу, что открытая ими в июле 2012 года частица действительно является бозоном Хиггса"
- ↑ http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/03/new-results-indicate-new-particle-higgs-boson "“The preliminary results with the full 2012 data set are magnificent and to me it is clear that we are dealing with a Higgs boson though we still have a long way to go to know what kind of Higgs boson it is,” says CMS spokesperson Joe Incandela."
- ↑ Митио Каку. Физика невозможного. — Альпина нон-фикшн, 2011. — С. 381. — 456 с. — ISBN 978-5-91671-057-1
- ↑ «Частица Бога» не откроет тайну американцам
- ↑ Higgs particle // LHC
Ссылки [править]
- Поиск хиггсовского бозона на LHC
- Gordon Fraser. Season of Higgs and melodrama CERN Courier Vol.41, № 2, 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
- BBC Horizon о Бозоне Хиггса
- Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее
- Бозон Хиггса // Лекция Д. И. Казакова в проекте ПостНаука (09.06.2012)
- Открытие бозона Хиггса // Лекция Д. И. Казакова в проекте ПостНаука (27.07.2012)
- Проблема поиска бозона Хиггса // Статья Д. И. Казакова в проекте ПостНаука (09.08.2012)
- Лекция Андрея Семихатова «Жизнь после Хиггса»
