- Ce va oferi noua particulă oamenilor de știință și oamenilor obișnuiți?

Principalele direcții de dezvoltare ale fizicii fundamentale moderne sunt fizica particulelor elementare și cosmologia - știința evoluției Universului. În ultimii 10-15 ani, a devenit clar că dispozitivele micro și macrolumilor sunt strâns legate între ele. O descoperire într-un domeniu dă un impuls puternic dezvoltării altuia.

Descoperirea bosonului Higgs va permite oamenilor de știință să confirme că baza fizicii moderne - Modelul Standard - este o bază de încredere pentru dezvoltarea în continuare a ideilor noastre despre Natură. Predicția existenței particulei Higgs nu a fost confirmată experimental timp de zeci de ani, ceea ce a reprezentat o pată întunecată în toată fizica particulelor. Descoperirea bosonului Higgs confirmă corectitudinea direcției principale de dezvoltare și restrânge foarte mult posibilitățile teoriilor alternative atât în ​​lumea micro, cât și în cea macro. Acest lucru va permite o utilizare mai eficientă a fondurilor bugetare.

- Unde este posibil să se aplice descoperirea unui nou boson?

Este prea devreme să vorbim despre asta. În primul rând, trebuie să-i studiați temeinic proprietățile și abia apoi să vă gândiți la aplicare. Posibilitățile de utilizare a particulelor Higgs pentru a explica cea mai timpurie etapă a formării Universului sunt deja explorate. Și, de asemenea, fenomenul energiei întunecate. Cel din urmă fenomen, încă neexplicat, a fost descoperit în 1998 în timp ce se observă retragerea accelerată a quasarelor, cele mai strălucitoare obiecte din Univers. Acest efect poate fi explicat doar prin asumarea proprietăților neobișnuite ale materiei care umple Universul.

- Ce imbold pentru dezvoltarea noilor tehnologii poate da această particulă?

Din istoria științei se știe că descoperirile fundamentale nu duc imediat la apariția noilor tehnologii. Un exemplu binecunoscut este descoperirea lui Michael Faraday a legilor inducției electromagnetice, a cărei aplicare în tehnologie părea extrem de îndoielnică. Acum, aproape 200 de ani mai târziu, este greu să ne imaginăm lumea noastră fără electricitate. Un alt exemplu este neutrinul, descoperit în 1933, care interacționează atât de slab cu materia încât poate trece prin Pământ fără măcar să-l observe. Multă vreme s-a părut că o particulă cu o astfel de proprietate ar fi greu de găsit aplicație. Cu toate acestea, acum oamenii de știință încearcă deja să folosească neutrini pentru a transmite semnale prin medii dense și pentru a detecta urme de reacții nucleare la distanțe mari.

Situația este similară cu particula Higgs. Aparent, trebuie să treacă mai bine de o duzină de ani până când posibilitățile de utilizare a acestui fenomen în tehnologie să devină evidente. În primul rând, se vor dezvolta domenii conexe ale științei, apoi influența se va extinde în continuare. Se poate dovedi că numai generațiile viitoare vor putea beneficia de roadele acestei descoperiri, așa cum acum folosim descoperirile lui Faraday.

Dezvoltarea științei moderne are loc într-un ritm accelerat și într-o varietate de direcții. Astfel, acceleratorul rusesc de ioni grei, Nika, este construit la Dubna. Acesta va funcționa în regiunea energetică care nu este acoperită de niciuna dintre instalațiile existente în lume, inclusiv Large Hadron Collider. În această regiune energetică există șansa de a obține o fază mixtă de materie nucleară - o stare în care particulele eliberate din nucleu - quarci și gluoni - există simultan. Până acum, nimeni din lume nu a reușit să „prindă” quarci liberi.

Putem paria o sumă mare că majoritatea dintre voi (inclusiv persoanele interesate de știință) nu au o idee foarte bună despre ceea ce fizicienii au găsit la Large Hadron Collider, de ce l-au căutat atât de mult timp și ce se va întâmpla în continuare. .

Prin urmare, o scurtă poveste despre ce este bosonul Higgs.

Trebuie să începem cu faptul că oamenii sunt în general foarte săraci în a-și imagina în mintea lor ce se întâmplă în microcosmos, la scara particulelor elementare.

De exemplu, mulți oameni de la școală își imaginează că electronii sunt niște bile galbene mici, ca mini-planete, care se rotesc în jurul nucleului unui atom, sau arată ca o zmeură formată din protoni-neutroni roșii și albaștri. Cei care sunt oarecum familiarizați cu mecanica cuantică din cărțile populare își imaginează particulele elementare ca niște nori încețoșați. Când ni se spune că orice particulă elementară este și un val, ne imaginăm valuri pe mare (sau în ocean): suprafața unui mediu tridimensional care oscilează periodic. Dacă ni se spune că o particulă este un eveniment într-un anumit câmp, ne imaginăm un câmp (ceva bâzâind în gol, ca o cutie de transformatoare).

Toate acestea sunt foarte rele. Cuvintele „particulă”, „câmp” și „undă” reflectă realitatea extrem de prost și nu există nicio modalitate de a le imagina. Orice imagine vizuală îți vine în minte va fi incorectă și va interfera cu înțelegerea. Particulele elementare nu sunt ceva care în principiu poate fi văzut sau „atins”, iar noi, descendenții maimuțelor, suntem proiectați să ne imaginăm doar astfel de lucruri. Nu este adevărat că un electron (sau foton, sau bosonul Higgs) „este atât o particulă, cât și o undă”; acesta este ceva al treilea, pentru care nu au existat niciodată cuvinte în limba noastră (ca fiind inutile). Noi (în sensul umanității) știm cum se comportă, putem face niște calcule, putem aranja experimente cu ele, dar nu le putem găsi o imagine mentală bună, pentru că lucrurile care sunt cel puțin aproximativ asemănătoare cu particulele elementare nu sunt găsite deloc pe scara noastră.

Fizicienii profesioniști nu încearcă să-și imagineze vizual (sau în orice alt mod în ceea ce privește sentimentele umane) ce se întâmplă în microcosmos; aceasta este o cale proastă, nu duce nicăieri. Ei își dezvoltă treptat o anumită intuiție despre ce obiecte trăiesc acolo și ce li se va întâmpla dacă vor face asta și asta, dar este puțin probabil ca un non-profesionist să fie capabil să o dubleze.

Așa că, sper să nu te mai gândești la bile mici. Acum despre ce căutau și găseau la Large Hadron Collider.

Teoria general acceptată a modului în care funcționează lumea la cele mai mici scări se numește Modelul Standard. Potrivit ei, lumea noastră funcționează așa. Conține mai multe tipuri fundamental diferite de materie care interacționează între ele în moduri diferite. Uneori este convenabil să vorbim despre astfel de interacțiuni, cum ar fi schimbul de anumite „obiecte” pentru care se poate măsura viteza, masa, le poate accelera sau le poate împinge unul împotriva celuilalt etc. În unele cazuri, este convenabil să le numim (și să ne gândim la ele) ca particule purtătoare. Există 12 tipuri de astfel de particule în model. Vă reamintesc că tot ceea ce scriu acum este încă inexact și profanare; dar, sper, încă mult mai puțin decât majoritatea rapoartelor media. (De exemplu, „Echoul Moscovei” din 4 iulie s-a remarcat prin expresia „5 puncte pe scara sigma”; cei care cunosc o vor aprecia).

Într-un fel sau altul, 11 dintre cele 12 particule ale Modelului Standard au fost deja observate înainte. Al 12-lea este un boson care corespunde câmpului Higgs - ceea ce dă masa multor alte particule. O analogie foarte bună (dar, desigur, și incorectă), care nu a fost inventată de mine: imaginați-vă o masă de biliard perfect netedă pe care sunt bile de biliard - particule elementare. Se împrăștie cu ușurință în direcții diferite și se deplasează oriunde fără interferențe. Acum imaginați-vă că masa este acoperită cu un fel de masă lipicioasă care împiedică mișcarea particulelor: acesta este câmpul Higgs, iar măsura în care o particulă se lipește de un astfel de înveliș este masa sa. Câmpul Higgs nu interacționează în niciun fel cu unele particule, de exemplu, cu fotonii, iar masa lor, în consecință, este zero; Ne putem imagina că fotonii sunt ca un disc în hochei pe aer, iar învelișul nu este observat deloc.

Toată această analogie este incorectă, de exemplu, deoarece masa, spre deosebire de învelișul nostru lipicios, împiedică particula să se miște, dar să se accelereze, dar dă o oarecare iluzie de înțelegere.

Bosonul Higgs este particula corespunzătoare acestui „câmp lipicios”. Imaginați-vă că loviți o masă de biliard foarte tare, deteriorați pâsla și zdrobiți o cantitate mică de substanță lipicioasă într-un pliu asemănător unei bule care curge rapid înapoi. Asta este.

De fapt, exact așa a făcut în toți acești ani Large Hadron Collider și cam așa a arătat procesul de obținere a bosonului Higgs: lovim masa cu toată puterea până când pânza în sine începe să se transforme dintr-un suprafață statică, tare și lipicioasă în ceva mai interesant (sau până când se întâmplă ceva și mai minunat, neprevăzut de teorie). De aceea, LHC-ul este atât de mare și puternic: au încercat deja să lovească masa cu mai puțină energie, dar fără succes.

Acum despre notoriile 5 sigma. Problema cu procesul de mai sus este că nu putem decât să batem și să sperăm că iese ceva din el; Nu există o rețetă garantată pentru obținerea bosonului Higgs. Mai rău, când se naște în sfârșit pe lume, trebuie să avem timp să-l înregistrăm (în mod firesc, este imposibil să-l vedem, iar el există doar pentru o fracțiune nesemnificativă de secundă). Orice detector folosim, putem spune doar că se pare că am observat ceva similar.

Acum imaginați-vă că avem un zar special; cade la întâmplare pe una dintre cele șase fețe, dar dacă bosonul Higgs este aproape de el chiar în acel moment, atunci cele șase nu vor cădea niciodată. Acesta este un detector tipic. Dacă aruncăm zarurile o dată și lovim în același timp masa cu toată puterea noastră, atunci niciun rezultat nu ne va spune nimic: a ieșit ca 4? Un eveniment destul de probabil. Ai dat un 6? Poate că pur și simplu lovim ușor masa în momentul greșit, iar bosonul, deși exista, nu a avut timp să se nască la momentul potrivit sau, dimpotrivă, a reușit să se degradeze.

Dar putem face acest experiment de mai multe ori și chiar de multe ori! Grozav, hai să aruncăm zarurile de 60.000.000 de ori. Să spunem că cei șase au apărut „doar” de 9.500.000 de ori, și nu de 10.000.000; Înseamnă asta că un boson apare din când în când, sau este doar o coincidență acceptabilă - nu credem că zarul ar trebui să fie un șase? netezi De 10 milioane de ori din 60?

Ei bine. Asemenea lucruri nu pot fi evaluate cu ochii, trebuie să luați în considerare cât de mare este abaterea și cum se leagă de posibilele accidente. Cu cât deviația este mai mare, cu atât este mai puțin probabil ca osul să se așeze așa accidental și cu atât este mai mare probabilitatea ca din când în când (nu întotdeauna) să apară o nouă particulă elementară care l-a împiedicat să zacă ca un șase. Este convenabil să exprimați abaterea de la medie în „sigma”. „One sigma” este nivelul de abatere care este „cel mai așteptat” (valoarea sa specifică poate fi calculată de orice student din anul III la Facultatea de Fizică sau Matematică). Dacă există destul de multe experimente, atunci o abatere de 5 sigma este nivelul în care opinia „aleatorietatea este puțin probabilă” se transformă într-o încredere absolut fermă.

Fizicienii au anunțat atingerea aproximativ acestui nivel de abateri pe două detectoare diferite pe 4 iulie. Ambele detectoare s-au comportat foarte similar cu modul în care s-ar comporta dacă particula produsă prin lovirea puternică a mesei ar fi de fapt un boson Higgs; Strict vorbind, asta nu înseamnă că asta este exact ceea ce avem în fața noastră, trebuie să măsurăm tot felul de alte caracteristici ale acestuia cu tot felul de alți detectoare. Dar au rămas puține îndoieli.

În sfârșit, despre ce ne așteaptă în viitor. A fost descoperită o „nouă fizică” și a făcut o descoperire care ne va ajuta să creăm motoare hiperspațiale și combustibil absolut? Nu; și chiar invers: a devenit clar că în acea parte a fizicii care studiază particulele elementare, miracolele nu se întâmplă, iar natura este structurată aproape așa cum au presupus fizicienii de-a lungul timpului (bine, sau aproape așa). Este chiar puțin trist.

Situația este complicată de faptul că știm cu certitudine absolută că în principiu nu poate fi structurat exact așa. Modelul standard este pur matematic incompatibil cu teoria generală a relativității a lui Einstein și pur și simplu ambele nu pot fi adevărate în același timp.

Și unde să sapi acum nu este încă foarte clar (nu este că nu există deloc gânduri, mai degrabă, dimpotrivă: există prea multe posibilități teoretice diferite și există mult mai puține moduri de a le testa). Ei bine, poate este clar pentru cineva, dar cu siguranță pentru mine nu. Mi-am depășit deja competența în acest post cu mult timp în urmă. Daca am mintit prost pe undeva, va rog sa ma corectati.

Bosonul Higgs, locul său în seria particulelor elementare și proprietăți prezise teoretic. Importanța căutării bosonului pentru imaginea fizică a lumii. Experimente...

De la Masterweb

În fizică, bosonul Higgs este o particulă elementară despre care oamenii de știință cred că joacă un rol fundamental în formarea masei în Univers. Confirmarea sau infirmarea existenței acestei particule a fost unul dintre principalele obiective ale utilizării Large Hadron Collider (LHC), cel mai puternic accelerator de particule din lume, care se află la Laboratorul European de Fizică a Particulei (CERN) de lângă Geneva.

De ce a fost atât de important să găsim bosonul Higgs?

În fizica modernă a particulelor există un anumit model standard. Singura particulă pe care o prezice acest model și pe care oamenii de știință s-au străduit să o detecteze de mult timp este bosonul numit. Modelul standard al particulelor (conform datelor experimentale) descrie toate interacțiunile și transformările dintre particulele elementare. Cu toate acestea, singurul „punct gol” a rămas în acest model - lipsa unui răspuns la întrebarea despre originea masei. Importanța masei este dincolo de orice îndoială, deoarece fără ea Universul ar fi complet diferit. Dacă electronul nu ar avea masă, atunci atomii și materia în sine nu ar exista, nu ar exista biologie și chimie și, în cele din urmă, nu ar exista om.

Pentru a explica conceptul de existență a masei, mai mulți fizicieni, inclusiv britanicul Peter Higgs, au emis ipoteza existenței așa-numitului câmp Higgs încă din anii 60 ai secolului trecut. Prin analogie cu fotonul, care este o particulă a câmpului electromagnetic, câmpul Higgs necesită și existența particulei sale purtătoare. Astfel, bosonii Higgs, în cuvinte simple, sunt particule din multitudinea cărora se formează câmpul Higgs.

Particula Higgs și câmpul pe care îl creează

Toate particulele elementare pot fi împărțite în două tipuri:

• Fermionii.
• bozoni.

Fermionii sunt acele particule care formează materia pe care o cunoaștem, cum ar fi protonii, electronii și neutronii. Bosonii sunt particule elementare care determină existența diferitelor tipuri de interacțiuni între fermioni. De exemplu, bosonii sunt fotonul - purtătorul interacțiunii electromagnetice, gluonul - purtătorul interacțiunii puternice sau nucleare, bosonii Z și W, care sunt responsabili pentru interacțiunea slabă, adică pentru transformările dintre particulele elementare.

Dacă vorbim în termeni simpli despre bosonul Higgs și sensul ipotezei care explică apariția masei, atunci ar trebui să ne imaginăm că acești bosoni sunt distribuiți în spațiul Universului și formează un câmp Higgs continuu. Când orice corp, atom sau particulă elementară experimentează „frecare” cu privire la acest câmp, adică interacționează cu el, atunci această interacțiune se manifestă ca existența masei pentru acest corp sau particulă. Cu cât un corp „frecă” mai mult o particulă de câmpul Higgs, cu atât este mai mare masa acesteia.

Cum să detectezi și unde să sapi pentru bosonul Higgs

Acest boson nu poate fi detectat direct, deoarece (conform datelor teoretice) după apariția sa se descompune instantaneu în alte particule elementare mai stabile. Dar particulele care au apărut după dezintegrarea bosonului Higgs pot fi deja detectate. Ele sunt „urmele” care indică existența acestei particule importante.

Oamenii de știință au ciocnit fascicule de protoni de înaltă energie pentru a detecta particula bosonului Higgs. Energia enormă a protonilor în timpul unei coliziuni se poate transforma în masă, conform celebrei ecuații E = mc2 a lui Albert Einstein. În zona de coliziune a protonilor din ciocnizor, există multe detectoare care fac posibilă înregistrarea apariției și degradarii oricăror particule.

Masa bosonului Higgs nu a fost stabilită teoretic, ci a fost determinat doar un posibil set de valori ale acestuia. Pentru a detecta o particulă, sunt necesari acceleratori puternici. Large Hadron Collider (LHC) este în prezent cel mai puternic accelerator de pe planeta Pământ. Cu ajutorul acestuia, a fost posibil să se ciocnească protoni cu o energie apropiată de 14 tetraelectronvolți (TeV). În prezent funcționează la energii de aproximativ 8 TeV. Dar chiar și aceste energii s-au dovedit a fi suficiente pentru a detecta bosonul Higgs sau particula lui Dumnezeu, așa cum o numesc și mulți.

Evenimente întâmplătoare și reale

În fizica particulelor, existența unui eveniment este evaluată cu o anumită probabilitate „sigma”, care determină aleatorietatea sau realitatea acestui eveniment obținut în experiment. Pentru a crește probabilitatea unui eveniment, este necesar să se analizeze un număr mare de date. Căutarea și descoperirea bosonului Higgs este unul dintre aceste tipuri de evenimente probabile. Pentru a detecta această particulă, LHC a generat aproximativ 300 de milioane de coliziuni pe secundă, astfel încât cantitatea de date care trebuia analizată a fost enormă.

Putem vorbi despre o observare reală a unui anumit eveniment cu încredere dacă „sigma” acestuia este egală cu 5 sau mai mult. Acest lucru este echivalent cu evenimentul unei monede (dacă o răsturnați și aterizează pe capete de 20 de ori la rând). Acest rezultat corespunde unei probabilități mai mici de 0,00006%.

Odată ce acest „nou” eveniment real este descoperit, este necesar să-l studiem în detaliu, răspunzând la întrebarea dacă acest eveniment corespunde exact particulei Higgs sau este o altă particulă. Pentru a face acest lucru, este necesar să studiem cu atenție proprietățile produselor de descompunere ai acestei noi particule și să le comparăm cu rezultatele predicțiilor teoretice.

Experimente LHC și descoperirea particulei de masă

Căutările pentru masa particulei, care au fost efectuate la colisionarele LHC din Geneva și Tevatron de la Fermilab din Statele Unite, au stabilit că particula Dumnezeu trebuie să aibă o masă mai mare de 114 gigaelectronvolți (GeV), dacă este exprimată în echivalent de energie. De exemplu, să presupunem că masa unui proton corespunde aproximativ la 1 GeV. Alte experimente care au avut ca scop căutarea acestei particule au descoperit că masa ei nu poate depăși 158 GeV.

Primele rezultate ale căutării bosonului Higgs la LHC au fost prezentate încă din 2011, datorită analizei datelor care au fost colectate la colisionar pe parcursul unui an. În acest timp, au fost efectuate două experimente principale pe această problemă - ATLAS și CMS. Conform acestor experimente, bosonul are o masă cuprinsă între 116 și 130 GeV sau între 115 și 127 GeV. Este interesant de observat că în ambele experimente de la LHC, conform multor caracteristici, masa bosonilor se află într-o regiune îngustă între 124 și 126 GeV.

Peter Higgs, împreună cu colegul său Frank Englert, a primit premiul Nobel pe 8 octombrie 2013 pentru descoperirea unui mecanism teoretic de înțelegere a existenței masei în particulele elementare, care a fost confirmat în experimentele ATLAS și CMS de la LHC de la CERN. (Geneva), când a fost descoperit bosonul prezis experimental.

Importanța descoperirii particulei Higgs pentru fizică

Pentru a spune simplu, descoperirea bosonului Higgs a marcat începutul unei noi etape în fizica particulelor, deoarece acest eveniment a oferit noi căi de explorare ulterioară a fenomenelor Universului. De exemplu, studiul naturii și caracteristicilor materiei negre, care, conform estimărilor generale, reprezintă aproximativ 23% din întregul Univers cunoscut, dar ale cărei proprietăți rămân un mister până în zilele noastre. Descoperirea particulei Dumnezeu a făcut posibilă gândirea și efectuarea de noi experimente la LHC, care vor ajuta la clarificarea acestei probleme.

Proprietățile bozonice

Multe dintre proprietățile particulei Dumnezeu care sunt descrise în modelul standard al particulelor elementare sunt acum pe deplin stabilite. Acest boson are spin zero, nicio sarcină electrică și nici culoare, deci nu interacționează cu alți bosoni, cum ar fi fotonii și gluonul. Cu toate acestea, interacționează cu toate particulele care au masă: quarci, leptoni și bosonii de interacțiune slabi Z și W. Cu cât masa particulei este mai mare, cu atât interacționează mai puternic cu bosonul Higgs. În plus, acest boson este propria sa antiparticulă.

Masa particulei, durata medie de viață și interacțiunea dintre bosoni nu sunt prezise de teorie. Aceste cantități pot fi măsurate doar experimental. Rezultatele experimentelor de la LHC de la CERN (Geneva) au stabilit că masa acestei particule se află în intervalul 125-126 GeV, iar durata de viață a acesteia este de aproximativ 10-22 de secunde.

A descoperit bosonul și apocalipsa spațială

Descoperirea acestei particule este considerată una dintre cele mai importante din istoria omenirii. Experimentele cu acest boson continuă, iar oamenii de știință obțin rezultate noi. Unul dintre ele a fost faptul că un boson ar putea duce Universul la distrugere. Mai mult, acest proces a început deja (conform oamenilor de știință). Esența problemei este următoarea: bosonul Higgs se poate prăbuși singur într-o parte a Universului. Acest lucru va crea o bulă de energie care se va răspândi treptat, absorbind totul în cale.

La întrebarea dacă lumea se va sfârși, fiecare om de știință răspunde pozitiv. Cert este că există o teorie numită „Modelul Stelar”. Ea postulează o afirmație evidentă: totul are începutul și sfârșitul său. Potrivit ideilor moderne, sfârșitul Universului va arăta astfel: expansiunea accelerată a Universului duce la dispersarea materiei în spațiu. Acest proces va continua până când ultima stea se stinge, după care Universul se va cufunda în întunericul etern. Nimeni nu știe cât va dura să se întâmple asta.

Odată cu descoperirea bosonului Higgs, a apărut o altă teorie a apocalipsei. Faptul este că unii fizicieni cred că masa bosonică rezultată este una dintre posibilele mase temporare, există și alte valori. Aceste valori de masă pot fi, de asemenea, realizate, deoarece (în termeni simpli) bosonul Higgs este o particulă elementară care poate prezenta proprietăți de undă. Adică, există posibilitatea tranziției sale la o stare mai stabilă corespunzătoare unei mase mai mari. Dacă are loc o astfel de tranziție, atunci toate legile naturale cunoscute de om vor lua o formă diferită și, prin urmare, va veni sfârșitul Universului cunoscut de noi. În plus, acest proces ar fi putut deja să aibă loc într-o parte a Universului. Omenirii nu mai are mult timp pentru existența ei.

Beneficiile LHC și ale altor acceleratori de particule pentru societate

Tehnologiile care sunt dezvoltate pentru acceleratoarele de particule sunt utile și pentru medicină, informatică, industrie și mediu. De exemplu, magneții de coliziune din materiale supraconductoare, cu ajutorul cărora particulele elementare sunt accelerate, pot fi utilizați pentru tehnologiile de diagnosticare medicală. Detectoarele moderne ale diferitelor particule produse în colizor pot fi utilizate în tomografia cu pozitroni (un pozitron este antiparticula unui electron). În plus, tehnologiile de formare a fasciculelor de particule elementare în LHC pot fi folosite pentru a trata diferite boli, de exemplu, cancerul.

În ceea ce privește beneficiile cercetării folosind LHC la CERN (Geneva) pentru tehnologia informației, trebuie spus că rețeaua globală de calculatoare GRID, precum și Internetul însuși, își datorează dezvoltarea în mare parte experimentelor cu acceleratoare de particule, care au produs cantități uriașe. de date. Necesitatea de a împărtăși aceste date între oamenii de știință din întreaga lume a dus la crearea la CERN a limbajului World Wide Web (WWW), pe care se bazează Internetul, de către Tim Bernels-Lee.

Fasciculele de particule, care s-au format și sunt în curs de formare în diferite tipuri de acceleratoare, sunt în prezent utilizate pe scară largă în industrie pentru studierea proprietăților noilor materiale, a structurii obiectelor biologice și a produselor din industria chimică. Realizările în fizica particulelor sunt folosite pentru proiectarea panourilor de energie solară, reprocesarea deșeurilor radioactive și așa mai departe.

Impactul descoperirii particulei Higgs asupra literaturii, cinematografiei și muzicii

Următoarele fapte indică natura senzațională a știrilor despre descoperirea unei particule de masă în fizică:

• În urma descoperirii acestei particule, a fost publicată cartea de știință populară „The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question”? Lev Liederman. Fizicienii spun că numirea bosonului Higgs particulă de Dumnezeu este o exagerare.
• Filmul Îngeri și demoni, care se bazează pe cartea cu același nume, folosește și numele de boson „particulă de Dumnezeu”.
• Filmul SF Solaris, cu George Clooney și Natascha McElhone în rolurile principale, propune o teorie care menționează câmpul Higgs și rolul său important în stabilizarea particulelor subatomice.
• În cartea științifico-fantastică Flashforward, scrisă de Robert Sawyer în 1999, doi oameni de știință provoacă un dezastru global atunci când efectuează experimente pentru a detecta bosonul Higgs.
• Serialul TV spaniol „Ark” spune povestea unei catastrofe globale în care toate continentele au fost inundate în urma experimentelor de la Large Hadron Collider, și doar oamenii de pe nava „Polar Star” au supraviețuit.
• Grupul muzical din Madrid „Aviador Dro” în albumul „Voice of Science” a dedicat un cântec bosonului de masă descoperit.
• Cântărețul australian Nick Cave în albumul său „Push the Sky Away” a numit una dintre melodiile „Blue Higgs Boson”.

Strada Kievyan, 16 0016 Armenia, Erevan +374 11 233 255

Toată lumea își amintește hype-ul din jurul descoperirii bosonului Higgs în 2012. Toată lumea își amintește, dar mulți încă nu înțeleg pe deplin ce fel de vacanță a fost? Am decis să ne dăm seama, să ne luminăm și, în același timp, să vorbim despre ce este bosonul Higgs în cuvinte simple!

Modelul standard și bosonul Higgs

Să începem de la bun început. Particulele sunt împărțite în bozoniŞi fermioni. Bosonii sunt particule cu spin întreg. Fermioni - cu jumătate întreg.

Bosonul Higgs este o particulă elementară care a fost prezisă teoretic încă din 1964. Un boson elementar care apare din cauza mecanismului de rupere spontană a simetriei electroslăbite.

Este clar? Nu e bun. Pentru a fi mai clar, trebuie să vorbim despre Model standard.

Model standard– unul dintre principalele modele moderne de descriere a lumii. Descrie interacțiunea particulelor elementare. După cum știm, există 4 interacțiuni fundamentale în lume: gravitaționale, puternice, slabe și electromagnetice. Nu luăm în considerare imediat gravitația, pentru că are o altă natură și nu este inclusă în model. Dar interacțiunile puternice, slabe și electromagnetice sunt descrise în cadrul modelului standard. În plus, conform acestei teorii, materia constă din 12 particule elementare fundamentale - fermioni. bozoni Sunt, de asemenea, purtători de interacțiuni. Puteți aplica direct pe site-ul nostru.

Deci, dintre toate particulele prezise în cadrul modelului standard, cea care a rămas nedetectată experimental a fost bosonul Higgs. Conform Modelului Standard, acest boson, fiind un cuantic al câmpului Higgs, este responsabil pentru faptul că particulele elementare au masă. Să ne imaginăm că particulele sunt bile de biliard așezate pe pânza unei mese. În acest caz, pânza este câmpul Higgs, care furnizează masa particulelor.

Cum a fost căutat bosonul Higgs?

Întrebarea când a fost descoperit bosonul Higgs nu poate fi răspuns cu precizie. La urma urmei, a fost prezis teoretic în 1964, iar existența sa a fost confirmată experimental abia în 2012. Și în tot acest timp au căutat bosonul evaziv! Au căutat lung și greu. Înainte de LHC, la CERN a funcționat un alt accelerator, ciocnitorul electron-pozitron. A existat și un Tevatron în Illinois, dar capacitatea lui nu a fost suficientă pentru a finaliza sarcina, deși experimentele, desigur, au dat anumite rezultate.

Faptul este că bosonul Higgs este o particulă grea și este foarte dificil să o detectezi. Esența experimentului este simplă, implementarea și interpretarea rezultatelor este complexă. Doi protoni sunt luați cu viteza aproape de lumină și se ciocnesc frontal. Protonii, constând din quarci și antiquarci, se desprind de o coliziune atât de puternică și apar multe particule secundare. Printre ei a fost căutat bosonul Higgs.

Problema este că existența acestui boson poate fi confirmată doar indirect. Perioada în care există bosonul Higgs este extrem de mică, la fel ca distanța dintre punctele de dispariție și de apariție. Este imposibil să măsori direct astfel de timp și distanță. Dar Higgs nu dispare fără urmă și poate fi calculat prin „produsele de degradare”.

Deși o astfel de căutare este foarte asemănătoare cu căutarea unui ac într-un car de fân. Și nici măcar într-una, ci în tot câmpul de căți de fân. Faptul este că bosonul Higgs se descompune cu probabilități diferite în „seturi” diferite de particule. Aceasta ar putea fi o pereche quark-antiquarc, bosoni W sau cei mai masivi leptoni, particule tau. În unele cazuri, aceste descompunere sunt extrem de dificil de distins de degradarea altor particule, nu doar a lui Higgs. În altele, nu poate fi înregistrat în mod fiabil de către detectoare. Deși detectoarele LHC sunt cele mai precise și puternice instrumente de măsurare fabricate de oameni, ei nu pot măsura totul. Transformarea lui Higgs în patru leptoni este cel mai bine detectată de detectoare. Cu toate acestea, probabilitatea acestui eveniment este foarte mică - doar 0,013%.

Cu toate acestea, peste șase luni de experimente, când sute de milioane de ciocniri de protoni au loc într-o secundă în ciocnitor, au fost identificate până la 5 astfel de cazuri de patru leptoni. Mai mult, au fost înregistrate pe două detectoare gigantice diferite: ATLAS și CMS. Conform unui calcul independent folosind date de la unul și celălalt detector, masa particulelor a fost de aproximativ 125 GeV, ceea ce corespunde predicției teoretice pentru bosonul Higgs.

Pentru a confirma pe deplin și cu acuratețe că particula detectată a fost tocmai bosonul Higgs, au trebuit să fie efectuate multe alte experimente. Și în ciuda faptului că bosonul Higgs a fost acum descoperit, experimentele într-un număr de cazuri diferă de teorie, deci Model standard, cred mulți oameni de știință, este cel mai probabil parte a unei teorii mai avansate care nu a fost încă descoperită.

Descoperirea bosonului Higgs este cu siguranță una dintre descoperirile majore ale secolului XXI. Descoperirea sa este un pas uriaș în înțelegerea structurii lumii. Dacă nu ar fi el, toate particulele ar fi lipsite de masă, precum fotonii, și nimic din care este format Universul nostru material nu ar exista. Bosonul Higgs este un pas către înțelegerea modului în care funcționează universul. Bosonul Higgs a fost numit chiar particula zeului sau particula blestemata. Cu toate acestea, oamenii de știință preferă să-l numească bosonul sticlei de șampanie. La urma urmei, un eveniment precum descoperirea bosonului Higgs poate fi sărbătorit ani de zile.

Prieteni, astăzi ne-am uimit mințile cu bosonul Higgs. Și dacă te-ai săturat deja să-ți sufle mintea cu rutină nesfârșită sau sarcini de studiu copleșitoare, apelează la . Ca întotdeauna, vă vom ajuta să rezolvați rapid și eficient orice problemă.

După ce a rămas evazivă mult timp, așa-numita particulă a lui Dumnezeu a fost în sfârșit prinsă. Bosonul Higgs era piesa lipsă dintr-un puzzle numit Modelul Standard. Oamenii de știință cred că acest boson este responsabil pentru masa particulelor. În special, Large Hadron Collider a fost construit special pentru a căuta bosonul Higgs, care a făcut față sarcinii sale principale. Dar au apărut noi mistere pentru oamenii de știință: există într-adevăr un boson Higgs? În plus, descoperirea acestui boson nu a explicat în niciun fel existența paradoxală a materiei întunecate, care a ocupat din ce în ce mai mult fizicienii în ultima vreme.

Fizicienii au văzut în sfârșit o particulă fundamentală descoperită pentru prima dată la Large Hadron Collider dezintegrarea în doi cuarcuri de frumusețe, particule exotice, de scurtă durată, care apar adesea după ciocnirile cu particule de mare energie. Am putut observa acest proces evaziv abia acum, pentru prima dată în șase ani de la descoperirea bosonului Higgs. Oamenii de știință de la două experimente LHC, ATLAS și CMS, și-au raportat rezultatele simultan în cadrul unui atelier organizat la CERN pe 28 august.

Unul dintre cele mai mari mistere din fizică poate fi rezolvat de câmpul axion „asemănător unei saltele” care pătrunde în spațiu și timp. Trei fizicieni care colaborează în zona golfului San Francisco în ultimii trei ani au dezvoltat o nouă soluție la o întrebare care le-a deranjat domeniul științific de mai bine de 30 de ani. Chiar și un elev de liceu poate formula acest mister profund, care a alimentat experimente la cei mai puternici acceleratori de particule și a dat naștere la ipoteze controversate multivers: cum un magnet ridică o agrafă împotriva atracției gravitaționale a întregii planete.