бозон Хиггса
Бозон Хиггса (или частица Хиггса) - это частица в Стандартной модели физики. В 1960-х годах Питер Хиггс первым предположил, что эта частица может существовать. 14 марта 2013 года ученые ЦЕРНа предварительно подтвердили, что нашли частицу Хиггса.
Частица Хиггса является одной из 17 частиц Стандартной модели, модели физики, которая описывает все известные базовые частицы. Частица Хиггса - это бозон. Считается, что бозоны - это частицы, которые отвечают за все физические силы. Другими известными бозонами являются фотон, W и Z бозоны, а также глюон. Ученые пока не знают, как совместить гравитацию со стандартной моделью.
Поле Хиггса является фундаментальной областью, имеющей решающее значение для теории физики частиц. В отличие от других известных полей, таких как электромагнитное поле, поле Хиггса почти везде принимает одно и то же ненулевое значение. Вопрос о существовании поля Хиггса был последней непроверенной частью Стандартной модели физики частиц и, по мнению некоторых, являлся "центральной проблемой в физике частиц".
Трудно обнаружить бозон Хиггса. Бозон Хиггса очень массивный по сравнению с другими частицами, поэтому он недолговечен. Вокруг бозона Хиггса обычно нет бозонов, потому что для его создания требуется столько энергии. Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе был построен в основном по этой причине. Он ускоряет две пучки частиц почти до скорости света (перемещаясь в противоположных направлениях), прежде чем установить их на путь для столкновения друг с другом.
Каждое столкновение производит шквал новых частиц, которые обнаруживаются детекторами вокруг точки их столкновения. Все еще существует лишь очень маленький шанс, один из 10 миллиардов, что бозон Хиггса появится и будет обнаружен. Чтобы найти несколько столкновений с бозоном Хиггса, LHC разбивает вместе триллионы частиц, и суперкомпьютеры просеивают огромное количество данных.
Бозоны Хиггса подчиняются закону о сохранении энергии, который гласит, что энергия не создается и не разрушается, а вместо этого может передаваться или изменяться. Во-первых, энергия начинается в калибровочном бозоне, который взаимодействует с полем Хиггса. Эта энергия находится в форме кинетической энергии как движение. После того, как бозон манометра взаимодействует с полем Хиггса, он замедляется. Замедление уменьшает количество кинетической энергии в калибровочном бозоне. Однако эта энергия не разрушается. Вместо этого энергия движения уходит в поле и преобразуется в массу - энергию, которая является энергией, накопленной в массе. Созданная масса может стать тем, что мы называем бозоном Хиггса. Количество созданной массы происходит из знаменитого уравнения Эйнштейна E=mc2, которое гласит, что масса равна большому количеству энергии (например, 1 кг массы эквивалентно почти 90 квадриллионам джоулей энергии - такому же количеству энергии, которое использовался всем миром примерно за час и за четверть 2008 года). Поскольку количество массы-энергии, создаваемой полем Хиггса, равно количеству кинетической энергии, потерянной бозоном манометра в результате замедления, энергия сохраняется.
Бозоны Хиггса используются в различных научно-фантастических историях. Физик Леон Ледерман назвал его "Божьей частицей" в 1993 году.
Сгенерированное компьютером изображение взаимодействия Хиггса.
Открытие
12 декабря 2011 г. две команды на Большом адронном коллайдере, ищущие бозон Хиггса, ATLAS и CMS, объявили, что, наконец, увидели результаты, которые могли бы предположить, что бозон Хиггса существует; однако, они не знали наверняка, так ли это.
4 июля 2012 года команды на Большом адронном коллайдере заявили, что обнаружили частицу, которую они считают бозоном Хиггса.
14 марта 2013 года команды провели гораздо больше тестов, и объявили, что теперь они думают, что новая частица - это бозон Хиггса.
Вопросы и ответы
В: Что такое бозон Хиггса?
О: Бозон Хиггса - это частица в Стандартной модели физики. Впервые он был предложен Питером Хиггсом в 1960-х годах и был подтвержден учеными ЦЕРНа 14 марта 2013 года. Он является одной из 17 частиц Стандартной модели и представляет собой бозон, который, как считается, отвечает за физические силы.
В: Как работает поле Хиггса?
О: Поле Хиггса - это фундаментальное поле, которое почти везде принимает ненулевое значение. Оно было последней непроверенной частью Стандартной модели, и его существование рассматривалось как "центральная проблема в физике частиц". Когда калибровочные бозоны взаимодействуют с ним, они замедляются, и их кинетическая энергия переходит в создание массы-энергии, которая становится тем, что мы называем бозоном Хиггса. Этот процесс подчиняется закону сохранения энергии, согласно которому энергия не создается и не уничтожается, а может передаваться или менять форму.
В: Почему трудно обнаружить бозон Хиггса?
О: Бозон Хиггса имеет очень большую массу по сравнению с другими частицами, поэтому он существует не очень долго. Обычно их нет, потому что для их создания требуется очень много энергии. Чтобы найти их, ученые используют суперкомпьютеры, просеивающие огромное количество данных, полученных в результате триллионов столкновений частиц на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе. Даже в этом случае существует лишь небольшой шанс (один на 10 миллиардов), что признаки Хиггса появятся и будут обнаружены.
В: Какие еще существуют известные бозоны?
О: Другие известные бозоны включают фотоны, W и Z бозоны и глюоны.
В: Как уравнение Эйнштейна E=mc2 связано с созданием массы-энергии из кинетической энергии?
О: Знаменитое уравнение Эйнштейна утверждает, что масса равна чрезвычайно большому количеству энергии (например, 1 кг = 90 квадриллионов джоулей). Когда кинетическая энергия калибровочных бозонов, взаимодействующих с полем Хиггса, замедляется, это же количество кинетической энергии идет на создание массы-энергии, которая становится тем, что мы называем бозоном Хиггса - таким образом, сохраняя полную энергию в соответствии с законами сохранения.
В: Какую роль играют научно-фантастические истории в понимании того, как работают бозоны Хиггса?
О: Научно-фантастические истории часто включают хиггсбозоны в свои сюжетные линии, но эти истории не обязательно предоставляют точную научную информацию о том, как они работают - они больше предназначены для развлечения, чем для чего-либо еще!
