Історія виявлення частинки бозона Хіггса
Пітер Хіггс найбільш відомий за пропозицію в 1960-х роках механізму спонтанного порушення електрослабкої симетрії, що пояснює походження маси елементарних частинок, зокрема мас векторних W і Z-бозонів. У стандартній моделі елементарних частинок калібрувальні бозони (глюони, фотони, W- та Z - бозони) – частинки, обміном якими забезпечується взаємодія між іншими елементарними частинками. Фотони забезпечують електромагнітну взаємодію. Глюони є відповідальними за сильну взаємодію. Векторні бозони W+, W- і Z0 забезпечують слабку взаємодію.
Гравітони забезпечують гравітаційну взаємодію. Бозон Хігса з нульовим спіном відповідальний за масу елементарних частинок.
Механізм Хігса - спонтанного порушення електрослабкої симетрії, в даний час носить його ім'я, - передбачає існування нової частинки, хіггсовского бозона. Механізм Хіггса вважається співтовариством фізиків одним з основних компонентів Стандартної Моделі фізики елементарних частинок. Пітер Хіггс придумав механізм Хіггса під час гірської прогулянки в районі Единбурга і, повернувшись в лабораторію, заявив, що у нього виникла «грандіозна ідея».
Бозон Хіггса - це остання елементарна частинка Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Названа по імені Пітера Хіггса ще в середині минулого століття, коли він обґрунтував її потенційне існування. Пітер Варе Хіггс (англ. Peter Ware Higgs; народився. 29 травня 1929, Ньюкасл-Апон-Тайн, Англія) - англійський фізик-теоретик, член Королівського Товариства Единбурга, член Лондонського королівського товариства, в даний час професор у відставці (emeritus) в Единбурзькому університеті. Навчався в Королівському коледжі Лондона.
Про відкриття частинки Хіггса було оголошено 4 липня 2012 на прес-конференції ЦЕРН (сам Хіггс заявив з цього приводу, що не очікував експериментального підтвердження його теорії за свого життя). За досягнення в галузі теоретичної фізики Пітер Хіггс був нагороджений великим числом премій і медалей. Зокрема, він лауреат медалі Дірака (Поль Дірак, англійський фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики 1933 року), що присуджується Інститутом фізики (Лондон) та премії 1997 року в галузі фізики частинок і фізики високих енергій, що присуджується Європейським фізичним товариством.
Представники Європейської організації ядерних досліджень (СERN) повідомляють, що "виявлена частинка, властивості якої співвідносяться з бозоном Хіггса, який ми всі так довго шукали". Маса частки становить, як і очікувалося, 125-126 ГеВ, або 109 еВ (Гігаелектроновольт). Втім, учені поки не поспішають остаточно стверджувати, що бозон Хіггса знайдено: "Я б сказав, що так, напевно, ми зловили якийсь бозон Хіггса, але поки це ще не той самий Бозон Хіггса, який передбачає Стандартна модель, - сказав керівник СERN Рольф Хойер. - Це історичний момент, але ми лише на початку шляху".
Великий адронний коллайдер (ВАК) набрав достатню кількість даних, які дають можливість відчути бозон Хіггса – частинку, пошук якої є одним із головних завдань прискорювача. Згідно даним, які виводяться на онлайновий монітор стану коллайдера, прискорювач досяг значення інтегральної світимості до 10 зворотних фемтобарн. Інтегральна світимість виражається в зворотних пікобарнах або зворотних фемтобарнах. Один зворотний фемтобарн відповідає приблизно 70х1012 зіткненням частинок. Для «вловлювання» бозона Хіггса вчені повинні накопичити достатньо велику статистику – набрати достатню велику інтегральну (накопичувальну) світимість, - данні про зустрічні удари частинок у прискорювачі.
Шанси відкрити той самий Бозон Хіггса будуть великі, якщо коллайдер досягне інтегральної світимості до 10 зворотних фемтобарн. Ймовірність тієї або іншої події у фізиці частинок залежить від перерізу захоплюючого процесу, або, грубо кажучи, площі зіткнень.
Бозон Хіггса – останній елемент сучасної теорії елементарних частинок, так названої Стандартної моделі. Це частинка відповідає за маси всіх інших елементарних частинок. Але теорія не дає можливість точно визначити масу бозона Хіггса.
Вчені розраховують на те, що виявити той самий Бозон Хіггса дадуть проведені експерименти на Великому адронному коллайдері (ВАК). Фахівці з Корнельського університету (США), засумнівалися в тому, що дослідники з Європейського центру з ядерних досліджень побачили "божественну" частинку бозона Хіггса. Нова частинка, була виявлена в результаті експериментів CMS і ATLAS на однойменних детекторах Великого адронного коллайдера, дійсно схожа на довгоочікуваний бозон Хіггса Стандартної моделі, відзначили фізики-теоретики Ієн Лоу, Джозеф Ліккена і Гейб Шонессі. Проте вони зовсім не впевнені в тому, що частинка - саме той бозон, який вчені шукали десятиліттями, щоб заповнити пробіл в загальноприйнятій на сьогоднішній день теорії про будову Всесвіту. На це, на їхню думку, вказують деякі недоліки отриманих даних, що в свою чергу дозволяє "вписатися" деяким іншим інтерпретаціям.
Один з головних пунктів спростування Корнельських фізиків полягає в тому, що незважаючи на те, що нова частинка досі вела себе як довгоочікуваний бозон Хіггса, вона виявилася набагато легше, ніж очікувалося. Таким чином, це дозволяє говорити про існування бозоноподібних частинок, переконані вчені. При цьому виділення цього нового виду частинок допомогло б пояснити і деякі таємниці Всесвіту, такі, наприклад, як невловима "темна матерія", яка, як вважають, становить понад чверть Всесвіту. Про те, що частинки, схожі за своїми властивостями на бозони Хіггса, можуть зробити революцію у фізиці, раніше заявляв і офіційний представник однієї з двох груп вчених, що працюють на колайдері, Джо Інкандела. Так, наприклад, на його думку, в результаті може бути доведена теорія існування додаткових просторових вимірів.
Про факт, що дослідники з Європейського центру ядерних досліджень готуються оголосити про відкриття бозона Хіггса, стало відомо 1 липня. Ще раніше про можливе виявлення бозона Хіггса заявили іноземні навколонаукові блогери. Цікаво, що фізик Пітер Хіггс розплакався, дізнавшись, що на Великому адронному колайдері знайдено щось дуже схоже на частку, названу його ім'ям. У зв'язку з відкриттям британський фізик 83-річний Пітер Хіггс може бути удостоєний Нобелівської премії.
P.S.
Великий адронний коллайдер, скор. ВАК (англ. Large Hadron Collider, скор. LHC) - прискорювач заряджених частинок на зустрічних пучках, призначений для розгону протонів і важких іонів (іонів свинцю) і вивчення продуктів їх зіткнень. Коллайдер побудований в науково-дослідному центрі Європейської ради ядерних досліджень (фр. Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, скор. CERN), на кордоні Швейцарії і Франції, неподалік від Женеви. ВАК є найбільшою експериментальною установкою у світі. Керівник проекту - Лін Еванс. У будівництві та дослідженнях брали беруть участь більше 10000 учених та інженерів з понад 100 країн. Великим названий із-за своїх розмірів: довжина основного кільця прискорювача складає 26 659 м; адронним - через те, що він прискорює адрони, тобто важкі частинки, що складаються з кварків; коллайдером (англ. collider - зіштовхувач) - через те , що пучки частинок прискорюються в протилежних напрямках і зіштовхуються у спеціальних точках зіткнення.
Під елементарною частинкою звичайно розуміється безструктурний об’єкт, який не включає в себе складових частинок. В стандартній моделі елементарними частинками вважаються кварки, лептони та калібрувальні бозони. До певного часу до елементарних частинок відносили адрони: мезони та такі баріони, як протон та нейтрон. Важливим поняттям фізики елементарних частинок є квант, що полегшує сприйняття електромагнітного випромінювання. Елементарні частинки можна умовно класифікувати по величині спину та по виду взаємодії. По величині спину елементарні частинки поділяються на частинки з цілим спином – бозони (фотон, глюони та мезони) та частинки з напівцілим спином – ферміони (електрон, протон, нейтрон та нейтрино). По видам взаємодії елементарні частинки діляться на адрони, які беруть участь у всіх видах взаємодії та складаються з кварків і, у свою чергу, діляться на мезони (адрони з цілим спином - бозони) та баріони (адрони з напівцілим спином – ферміони, до них, зокрема, відносяться протони та нейтрони).
Стандартна модель, прийнята у фізиці елементарних частинок, включає 12 ферміонів та 12 відповідних їм античастинок. Ця модель не включає, однак, гіпотетичну частинку гравітон, що є відповідальною за гравітаційну взаємодію деяких частинок.
12 фундаментальних частинок – ферміонів, у свою чергу, поділяються на три покоління, кожне з яких складається з чотирьох елементарних частинок. Шість з 12 елементарних частинок є кварками: up- кварк (верхній), down-кварк (нижній), charm-кварк (чарівний), strange-кварк (дивний), top-кварк (істинний) та bottom-кварк (чарівний). Кварки мають дробний електричний заряд. Кожен кварк має також один з трьох кольорів (ще одне квантове число, подібно до спіну чи аромату). Кожному з шести кварків відповідає своя античастинка – антикварк, що має протилежний за знаком електричний заряд, ароматове число, проекцію ізоспіну та баріонний заряд (−1/3).
Ще шість частинок є лептонами: три з них (електрон, мюон та тау) характеризуються зарядом «-1», три інші – нейтрино (електрон-нейтрино, мюон-нейтрино та тау-нейтрино). До антиферміонів, зокрема, відноситься антиелектрон (позитрон) е+ - античастинка електрона, яка має електричний заряд «+1». Відповідно, інші античастинки доповнюють групу антиферміонів: антимюон, антитау, електрон антинейтрино, мюон антинейтрино, тау антинейтрино.
Кварки та лептони виступають в якості базових об’єктів в системі елементарних частинок. Вони є головним будівельним матеріалом для речовини нашого світу, оскільки ядра атомів існують дякуючи взаємодії кварків, а формування електронних оболонок навкруги ядра приводить до створення атомів.
У стандартній моделі елементарних частинок калібрувальні бозони (глюони, фотони, W- та Z - бозони) – частинки, обміном якими забезпечується взаємодія між іншими елементарними частинками. Фотони забезпечують електромагнітну взаємодію. Глюони є відповідальними за сильну взаємодію. Векторні бозони W+, W- і Z0 забезпечують слабку взаємодію. А гравітони забезпечують гравітаційну взаємодію. Бозон Хіггса з нульовим спіном відповідальний за масу елементарних частинок.
Великий адронний коллайдер у червні місяці 2012 р. відвідала група школярів старших класів з України - переможців олімпіад з фізики.Цитування та використання будь-яких матеріалів порталу Etar на інших сайтах дозволяється лише з гіперпосиланням: www.etar.com.ua
