Бозон Хиггса

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая 92.50.144.106 (обсуждение) в 07:29, 4 декабря 2013. Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску
Моделирование, показывающее появление бозона Хиггса при столкновении двух протонов

Бозон Агиля, Хи́ггсовский бозо́н, хиггсо́н[1] (англ. Higgs boson) — элементарная частица (бозон), квант поля Хиггса, с необходимостью возникающий в Стандартной модели физики элементарных частиц вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии. В рамках этой модели отвечает за инертную массу элементарных частиц. По построению хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином.

Постулирован британским физиком Питером Хиггсом в его фундаментальных статьях, вышедших в 1964 году[2][3]. Предсказанный первоначально в теории, после нескольких десятков лет поисков, 4 июля 2012 года, в результате исследований на БАК, был обнаружен кандидат на его роль — новая частица с массой около 125—126 ГэВ/c²[4]. Имелись веские основания считать, что эта частица является бозоном Хиггса[5][6][7]. В марте 2013 года появились сообщения от отдельных исследователей ЦЕРНа, что найденная полугодом ранее частица действительно является бозоном Хиггса.

Предсказание открытия

Диаграмма Фейнмана, показывающая возможные варианты рождения W- или Z-бозонов, которые при взаимодействии образуют нейтральный бозон Хиггса

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

Поиски хиггсовского бозона в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) 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.] при массе 114 ГэВ, два — на DELPHI[англ.] и одно — на L3[англ.]. 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 (БАК, 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 2008—2009 гг. группой российских ученых Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) и др. была представлена более точная оценка значения массы бозона Хиггса около 118(+-2) ГэВ из данных по анизотропии реликтового излучения[9][10][11][12].

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[13]. 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 (лёгкий и тяжёлый) и псевдоскалярный бозоны[14]. 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[15]. 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[16][17].

В ноябре 2011 года коллаборации ATLAS и CMS сузили интервал масс возможного существования бозона до 114—141 ГэВ[18]. Интервал от 141 до 443 ГэВ был исключён с вероятностью 99 % за исключением трёх узких окон между 220 и 320 ГэВ[19].

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[20]. 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[21][22].

2 июля 2012 года коллаборации D0[англ.] и CDF[англ.] 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 сигм, необходимого для того чтобы заявить об открытии частицы[23][24][25].

4 июля 2012 года, на научном семинаре ЦЕРН, проходившем в рамках научной конференции ICHEP 2012 в Мельбурне[26], 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 в 5 сигм. Предполагается что данная частица — бозон, при этом она — самый тяжёлый из когда-либо обнаруженных бозонов[4][5]. На семинар были приглашены физики Франсуа Энглер, Карл Хаген?!, Питер Хиггс и Джеральд Гуральник?!, которые являются одними из «авторов» механизма Хиггса[27].

В марте 2013 года в СМИ появились сообщения от отдельных участников ислледований[28][29] о том, что открытая ими в июле 2012 года частица действительно является бозоном Хиггса. 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[29].

Бозон Хиггса в массовом сознании

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.]» она названа «god particle» (частица бога или частица-бог)[30], а сам Ледерман изначально предлагал вариант «прокля́тая частица» (англ. goddamn particle), отвергнутый редактором. Это ироничное название широко употребляется средствами массовой информации[31]. 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[32].

До открытия этой частицы в физике элементарных частиц были разработаны расширения стандартной модели, не использующие понятия бозона Хиггса (бесхиггсовские модели).

Литература

  • Хиггса механизм — статья в Физической энциклопедии в 5 тт., том 5, М.: БРЭ, 1999
  • 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).
  • Богуш А. А. Введение в калибровочную полевую теорию электрослабых взаимодействий. — 2-e изд. — УРСС, 2003. — ISBN 5-354-00436-5.
  • Рубаков В. А. Классические калибровочные поля: Бозонные теории. Изд 3-е. — М.: УРСС, 2010
  • Рубаков В. А. Классические калибровочные поля: Теории с фермионами. Некоммутативные теории. Изд 3-е. — М.: УРСС, 2009
  • Вайнберг С. Квантовая теория поля. — М.: Физматлит, 2003. — Т. 1, 2.

Примечания

  1. ↑ 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»
  2. ↑ 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.
  3. ↑ 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.
  4. ↑ 1 2 CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson — пресс-релиз CERN, 4.07.2012  (англ.)
  5. ↑ 1 2 Физики обнаружили претендента на роль бозона Хиггса // Lenta.ru 4.07.2012
  6. ↑ В ЦЕРНе объявлено об открытии хиггсовского бозона — Elementy.ru, 4.07.2012
  7. ↑ «Физическое сообщество считает, что хиггсовский бозон открыт» — Elementy.ru, 16.07.12
  8. ↑ D0 Collaboration (V. M. Abazov et al.). A precision measurement of the mass of the top quark // Nature. — 2004. — Т. 429. — P. 638. — arXiv:hep-ex/0406031.
  9. ↑ Is it possible to estimate the Higgs Mass from the CMB Power Spectrum? // Invited talk at the Conference Symmetries in Physics, Dedicated to the 90th anniversary of Professor Smorodinsky's birth, Dubna, Russia.
  10. ↑ Is it possible to estimate the Higgs Mass from the CMB Power Spectrum?
  11. ↑ A. B. Arbuzov, B. M. Barbashov, A. Borowiec, V. N. Pervushin, S. A. Shuvalov, A. F. Zakharov. Is it possible to estimate the Higgs Mass from the CMB Power Spectrum? Physics of Atomic Nuclei. - 2009, - V. 72, - No. 5, - P. 744 - 751.
  12. ↑ Автореферат диссертации Шувалова С. А. «Некоторые вопросы гамильтонового объединения Стандартной Модели и Общей Теории Относительности»
  13. ↑ Бесценное расхождение: Замечательный процент // Журнал «Популярная механика»
  14. ↑ Пять бозонов Хиггса: Кто больше? // «Популярная механика»
  15. ↑ Избыточные события намекнули на бозон Хиггса
  16. ↑ Combined SM Higgs search, ATLAS Detector, LHC
  17. ↑ Combined Results on SM Higgs Search With The CMS Detector
  18. ↑ Geoff Brumfiel (18 ноября 2011). "Higgs hunt enters endgame" (англ.). Nature News. Дата обращения: 3 декабря 2011.
  19. ↑ 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
  20. ↑ Теоретики обсуждают последние данные LHC по хиггсовскому бозону «Элементы», 27.12.11
  21. ↑ CERN Press Release
  22. ↑ Поиски бозона Хиггса стандартной модели в эксперименте CMS на Большом адронном коллайдере в 2010—2011 годах пресс-релиз, CMS ЦЕРН, 13.12.2011
  23. ↑ Tevatron scientists announce their final results on the Higgs particle. Fermilab press room (2 июля 2012). Дата обращения: 2 июля 2012. Архивировано 4 августа 2012 года.
  24. ↑ Тэватрон сделал последнюю ставку на диапазон масс бозона Хиггса, «РИА Новости», 02.07.2012.
  25. ↑ Элементы — новости науки: Тэватрон обновил свои результаты по поиску хиггсовского бозона
  26. ↑ О новых результатах, по поиску хиггсовского бозона объявят 4 июля // Элементы.ру, 23.06.2012
  27. ↑ Физики ЦЕРНа представят данные о возможном открытии бозона Хиггса, «РИА Новости», 03.07.2012
  28. ↑ http://ria.ru/science/20130314/927260043.html «Физики пришли к выводу, что открытая ими частица действительно является бозоном Хиггса»
  29. ↑ 1 2 New results indicate that new particle is a Higgs boson, CERN, 14.03.2013.
  30. ↑ Митио Каку. Физика невозможного. — Альпина нон-фикшн, 2011. — С. 381. — 456 с. — ISBN 978-5-91671-057-1.
  31. ↑ «Частица Бога» не откроет тайну американцам
  32. ↑ Higgs particle // LHC

См. также

Нобелевская премия 2013 года по физике: Энглер и Хиггс

Ссылки

Шаблон:Link GA

Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Бозон_Хиггса&oldid=59882877