Бозон Хіггса майже потрапив до рук фізиків

Учение Європейської організації з ядерних досліджень (ЦЕРН) провели 13 грудня конференція, де представили результати аналізу останніх даних, зібраних детекторами Atlas і CMS, в рамках проекту, метою якого є пошук божественної частинки - бозона Хіггса.

Меропріятіе транслювали у прямому ефірі, а учасники конференції пізніше виставили у Twitter численні текстові трансляції виступу світових вчених.

До проведення конференції активно поширювалися чутки про те, що в ході доповіді все ж буде оголошено про відкриття знаменитого тепер уже бозона. Проте чутки не підтвердилися, і вчені як і раніше можуть лише твердо припускати про існування загадкової елементарной частіци. Можливо, тому підсумок заходу справив деяке розчарування.

Понять, чому ж все-таки є бозон Хіггса, можна звернувшись до понять квантової фізики. У цій галузі фізики переносниками взаємодії між полями є кванти, якими частки одного поля як би перекидаються з частинками іншого поля. Кванти ці можуть взагалі не мати маси, а можуть бути важче самих частинок.

В 1960-ті роки вчені об'єднали слабке і електромагнітне взаємодія в єдину теорію. Недоліком цієї теорії було те, що вона не пояснювала відсутність маси у кванта електромагнітного поля або фотона, і присутність її у квантів слабкого поля Z-і W-бозонів. Щоб виправити теорію робилося безліч спроб, які, втім, закінчувалися невдачами і ламали всю теорію. Останньою і найвдалішою поправкою і стало відкриття механізму Хіггса.

Брітанскій фізик Пітер Хіггс в 1965 році запропонував механізм, в головній ролі в якому грало однойменне поле. Відповідно до цього механізму маса частки залежить від взаємодії з цим полем, тобто чим сильніше однойменне поле подіє на частку, тим більше буде маса цієї частки. У фізиці цей процес назвали спонтанним порушенням симетрії електрослабкої взаємодії. По суті, ця теорія зламала стале уявлення про симетрії фізичної реальності, але «наділила» Z-і W-бозони масою. Саме з цієї теорії випливає, що бозон Хіггса є квантом того самого однойменного поля.

Такім чином, модель електрослабкої взаємодії склалася остаточно. У 1979 році вчені Абдус Салам, Шелдон Глешоу і Стівен Вайнберг отримали за дослідження цієї моделі Нобелівську премію з фізики. Пітера Хіггса в числі лаурята не виявилося, але його ім'ям назвали саму частку.

Согласно деяким суперсиметричних теоріям, доповнюючим Стандартну модель, запропоновану Хігсом, бозонів може бути відразу декілька.

Окончательно Стандартна модель сформувалася лише до початку 70-х, коли до теорії електрослабкої взаємодії додали сильною. Ось вже більше сорока років фізики перевірять передбачення моделі, які збувають в 99% випадках. Не вдалося поки тільки виявити невловимий бозон Хіггса. Теоретично прорахувати його масу неможливо, тому для його виявлення вчені вдалися до методу експерименту. Головною надією експериментаторів став Большой андронний коллайдер.

В андронному колайдері вчені зіштовхували пучки протонів, які в результаті зіткнення утворювали інші частинки. Ті у свою чергу розлітаються, розпадаючись на нові частинки. Завдання детекторів колайдера - вловити утворилися частинки і шляхом нетривіального комп'ютерного аналізу визначити їх тип, імпульс, енергію. Так, щоб визначити, скільки енергії пішло на образованіе нейтріно, детекторам необхідно обчислити різницю енергії спійманих частинок в момент зіткнення протонних пучків.

Результати всіх зіткнень обчислюються, звичайно, з певною часткою ймовірності, тому, щоб мати право заявляти про відкриття чого-небудь, необхідно в результаті безлічі експериментів зареєструвати одне і те ж подія. Складність полягає і в тому, що до цих пір точно невідома маса бозона Хіггса, а тому доводиться аналізувати багато варіантів розпаду і утворення цієї невловимої частинки.

Результати, представлені на конференції стали результатом праць 2000 вчених, які проаналізували 5 000000000000000 зіткнень протонових пучків. Наслідком такої глобальної роботи стали два основні результати.

С імовірністю 95% маса бозона Хіггса розташовується в діапазоні від 115,5 до 131 гігаелектронвольт. Другий результат вчені оголошували з великою обережністю - з невеликою статистичної значимістю в 2, 3 сигма детекторам вдалося зафіксувати бозон Хіггса в районі маси 126 електронвольт.

Чтоби точно підтвердити відкриття, знадобляться ще дані, які вчені планують видобути в ході повторного включення коллайдера після «зимових канікул», так як в цей період вартість електроенергії для його роботи дуже високая.

Новость підготувала Оксана Скріпко

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов