Бозон Хиггса: история одного открытия

Рейтинг
(0 благодарность)
Редактор  | Опубликовано в: Новости

Британский физик Питер Хиггс, еще в 1964 году предсказавший существование бозона Хиггса - элементарной частицы, определяющей наличие массы у материи и в шутку названной нобелевским лауреатом Леоном Ледерманом частицей Бога, поскольку ее существование было трудно доказать, - может быть удостоен Нобелевской премии за свое открытие. Возраст ученого достиг  почтенных 83 лет – в отличие от многих выдающихся мыслителей, не дождавшихся подтверждения своих выкладок, Питер Хиггс имеет шанс спустя почти полвека получить высочайшее признание, на которое может рассчитывать ученый.

26 апреля 2011 года в интернете появилась информация о том, что на крупнейшем в мире ускорителе субатомных частиц в Большом андронном коллайдере возле Женевы физики обнаружили частицу Бога или бозон Хиггса.

 

Большой адронный коллайдер (БАК) – это 27 километровый ускоритель элементарных частиц, в строительство и запуск которого были вложены огромные средства с целью найти бозон Хиггса или частицу Бога. Большой адронный коллайдер построен на 100-метровой глубине на границе Франции и Швейцарии. Он представляет собой 27-километровый кольцевой туннель, в котором установлен ускоритель заряженных частиц в виде гигантской трубы. В ходе исследований в БАК в разные стороны запускают пучки протонов, которые разгоняются до огромных скоростей, близких к световым, после чего часть из них сталкивается друг с другом, в результате чего и должны рождаться новые элементарные частицы. Если бы ученым удалось обнаружить бозон Хиггса – это не только подтвердило бы правильность научной теории Стандартной модели в физике элементарных частиц, но имело огромный прикладной эффект с невероятной финансово-экономической отдачей.
В статье "Частица Бога" на слух, или Музыка адронного коллайдера» говорится,  что бозон Хиггса или частица Бога – это частица, благодаря которой другие частицы имеют массу. Открытие частицы Бога активно обсуждается в СМИ, цитируются высказывания ведущих физиков.

Ученые, работавшие на Большом андронном коллайдере (БАК), подтвердили результаты собственных исследований. Они проанализировали все имеющиеся данные и установили, что открытая  2011 году частица действительно является бозоном Хиггса.
"Изучая данные 2012 года, мы с уверенностью можем заявить, что имеем дело именно с бозоном Хиггса. Однако у нас впереди еще долгая работа", - сообщает Lifenews.ru  со ссылкой на сотрудника Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) Джо Инкандела. Он отметил, что физикам еще предстоит узнать, к какому типу бозона Хиггса принадлежит найденная частица. Чтобы собрать больше данных, физики повысят мощность коллайдера, говорится в сообщении ЦЕРН.
В июне 2012 г. специалисты заявили, что им удалось обнаружить частицу, которая по всем параметрам подходила под описание бозона Хиггса. Тогда они не были точно уверены в том, что это именно "частица Бога". Между тем изучение частицы позволило им предсказать смерть Вселенной. К таким выводам их привели результаты исследования массы элементарной частицы. "Если провести простые расчеты, учитывая знания о физике мира, которыми мы сейчас владеем, то у меня для вас плохие новости", - сообщил сотрудник Национальной лаборатории Ферми в США Джозеф Ликкен. По его словам, Вселенная, в которой мы живем, нестабильна. Она будет уничтожена Большим взрывом через несколько десятков миллиардов лет.
Пузырь истинного вакуума начнет расширяться со скоростью света и поглотит Вселенную. Теория нового Большого взрыва, который никто из обитателей нашего мира не переживет, была сформулирована еще в 1982 г., ее поддержали многие физики-теоретики, но им не хватало данных, чтобы подтвердить свои предположения.
Бозон Хиггса - частица, открытая во второй половине 2012 г. при помощи БАК, обладает массой 126 гигаэлектронвольт, этот показатель соответствует теоретическим предсказаниям в рамках Стандартной модели. Считается, что именно он придает массу наблюдаемым элементарным частицам. Если бы его масса отличалась хотя бы на 1%, то вероятный конец Вселенной был бы другим, или она вообще считалась бы стабильной.

Бозон Хи́ггса,  (англ. Higgs boson) — элементарная частица, с  необходимостью возникающая в Стандартной модели физики элементарных частиц вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии. По построению хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином. Постулирован Питером Хиггсом в его фундаментальных статьях, вышедших в 1964 году. В рамках Стандартной модели отвечает за массу элементарных частиц.
Бозон Хиггса первоначально был предсказан в теории, и после нескольких десятков лет поиска, 4 июля 2012 года, представители ЦЕРНа сообщили, что на обоих основных детекторах БАК наблюдалась новая частица массой около 125—126 ГэВ/c². Есть веские основания считать, что эта частица является бозоном Хиггса.  
4 июля 2012 года, на научном семинаре CERN, проходившем в рамках научной конференции ICHEP 2012 в Мельбурне, были изложены предварительные результаты экспериментов ATLAS и CMS по поиску бозона Хиггса за первую половину 2012 года. Оба детектора наблюдали новую частицу массой около 125—126 ГэВ с уровнем статистической значимости 5 сигма. Предполагается, что данная частица — бозон, при этом она — самый тяжёлый из когда-либо обнаруженных бозонов. На семинар были приглашены физики Франсуа Энглер, Карл Хаген , Питер Хиггс и Джеральд Гуральник, которые являются одними из «авторов» механизма Хиггса.
В марте 2013 года учёные ЦЕРН пришли к выводу, что открытая ими в июле 2012 года частица действительно является бозоном Хиггса.   Таким образом, 4 июля 2012 года человечество получило подтверждение: таинственный бозон Хиггса – частица, которой давно уже присвоили звание «частицы бога», существует.

СИЛА, КОТОРАЯ ТОРМОЗИТ МИР
Если в химии есть своя система, которая называется Периодической, открытие которой принадлежит Д.И. Менделееву, то в ядерной физике есть своя Стандартная модель, которая описывает весь мир элементарных частиц и их взаимодействий, которых насчитывается три: электромагнитное, сильное и слабое.
Стандартная модель всем хороша и многократно экспериментально подтверждена. Но одна заминка не давала покоя ученым: получалось, что у квантов слабого взаимодействия масса есть, а у квантов электромагнитного взаимодействия – нет. И вот, в 1964 году британец Питер Хиггс предположил существование особого поля, которое присутствует во всей Вселенной. Это поле не оказывает влияния на электромагнитные волны: свет, радио, гамма-излучение – поскольку никак не взаимодействует с ними. В свою очередь, другие частицы тормозятся в этом поле, причем при ускорении частиц его противодействие возрастает.
Данный процесс можно проиллюстрировать с помощью пенопластовых упаковочных «червячков». Если их рассыпать на гладком полу и подуть из пылесоса, они легко разлетятся в разных направлениях. Но стоит вылить на пол воду – и характер их движения  изменится.
Элементарной частицей этого всепроникающего поля и должен быть этот самый бозон Хиггса. Если он найден, то это будет означать, что Стандартная модель, в общем, верна и из разряда теорий переходит в разряд законов природы. И никаких «странных Вселенных», параллельных миров и прочих удивительных вещей ожидать, в общем-то, не приходится. Но с другой стороны – именно благодаря ей Вселенная столь надежна, что позволяет в ней образоваться жизни, в том числе разумной.

ТО, ЧЕГО НЕ СОЗДАЛ БОГ
Открытие бозона Хиггса – это одна из главных целей, ради которой строился грандиозный Большой адронный коллайдер (БАК, или по-английски – LHC). Это не просто самая большая машина, созданная человеком, – гигантское кольцо длиной почти 27 км, с 9300 магнитами, омываемыми сначала 10 000 тонн жидкого азота, а затем и жидким гелием. БАК – это уникальный объект не только на Земле, но и в Солнечной системе, и в галактике. Воистину, человек создал то, чего нет в данный момент в нашей части Вселенной. В частности, внутренности коллайдера – это самое пустое место в нашей части галактики. Никакой космос не сравнится с этой пустотой: давление там в 10 раз меньше, чем давление воздуха на Луне, где, как известно, воздуха нет (точнее – почти нет).
Он же, с одной стороны – самое горячее место в Галактике: при столкновении пучков частиц генерируется температура в 100 000 раз больше, чем в середине Солнца, а это – сотни миллионов градусов. Что уж там какие-то чахлые атомные или водородные бомбы... Одно счастье, что эта температура реализуется в столь малом объеме, что и представить его невозможно. И при этом, чтобы регистрировать результаты этих микровзрывов, детекторы коллайдера охлаждены до температуры минус 271,3 градуса Цельсия – такого холода нет в открытом космосе даже между звезд, и при такой температуре электрический ток, однажды запущенный в цепь, движется в ней бесконечно.
Чтобы можно было организовать эти сверхгорячие взрывы, пришлось разогнать частицы до самых высоких скоростей – 99,9999991% от скорости света. А чтобы обработать весь фантастический объем информации, потребовалось построить уникальную Сеть, которая анализирует информацию, которая не уместится и на 1 700 000 двойных DVD, а именно, емкостью 15 млн гигабайт в год. Сеть распределяет работу по различным центрам обработки информации во всем мире. Над этим фантастическим проектом трудились и трудятся ученые, инженеры и рабочие более чем из 100 стран мира. Всего в проекте занято более 10 000 человек.
Во всех основных детекторах используются изделия, созданные российскими учеными более чем из десятка научно-исследовательских учреждений и производств. Россияне изготавливают калориметры, трекинг-детекторы, изделия точной механики, тяжелые установки. По разным данным, непосредственно в проекте работает 700 российских специалистов, а объем заказов на изготовление деталей превышает $120 млн. Одних только датчиков-кристаллов завод «Северный кристалл» в кооперации с Курчатовским институтом в Апатитах сделал более 12 000 штук. По сути, это и есть «детекторы бога», с помощью которых и ловят бозон Хиггса.

КАК ДЕЛАЕТСЯ БУДУЩЕЕ?
И все же – а что даст простому человеку этот самый бозон? Помните знаменитые слова Шерлока Холмса о значении фундаментальных знаний для конкретного человека: «Ну, хорошо, пусть, как вы говорите, мы вращаемся вокруг Солнца. А если бы  я узнал, что мы вращаемся вокруг Луны, много бы это помогло мне или моей работе?..» – под ними могли бы подписаться миллионы землян.
И вправду: в повседневной жизни знание природы пространства-времени не имеет смысла для большинства. Но сам путь познания требует совершенствования вполне осязаемых технологий. Не стоит забывать, что интернет  также является продуктом научного поиска: концепция Всемирной паутины появилась также в CERNе, трудами Тима Бернерс-Ли, который разработал и протокол http, и язык html, и идентификаторы URL. Во что превратится современная Сеть БАКа, называемая GRID, то есть «решетка», даже трудно представить. Это будет сверхскоростной суперкомпьютер, который сможет моделировать самые скоростные и сложные процессы – например, в биохимии. И сама машина БАК, которая создает условия, которых нет в природе, в перспективе может помочь созданию веществ и материалов, доселе немыслимых. Стоимость же этого научного чуда, исчисляемая миллиардами долларов (6 миллиардов в 2009 году) даже в пересчете на население одного Евросоюза (450 млн.) составляет всего лишь около 10 евро. Зато перспективы открывает он перед нами фантастические. И не только в физике – это первый проект в мире, который объединил практически все страны, сколько-нибудь связанные с физикой.
Огромный интерес также представляет и поиск других гипотетических частиц, предсказываемых некоторыми теориями. Так что не исключено, что обнаружение бозона Хиггса - это лишь первый шаг в череде фундаментальных открытий, которые принесут эксперименты на БАК, надеются российские физики, участвующие в экспериментах на коллайдере.

Пи́тер В. Хиггс (англ. Peter Ware Higgs; род. 29 мая 1929, Ньюкасл-апон-Тайн, Англия) - английский физик-теоретик, член Королевского Общества Эдинбурга, член Лондонского королевского общества, в настоящее время профессор в отставке (emeritus) в Эдинбургском университете. Обучался в Королевском Колледже Лондона.
П. Хиггс наиболее известен благодаря предложенному им в 1960-х годах механизму спонтанного нарушения электрослабой симметрии, объясняющему происхождение массы элементарных частиц, в частности масс векторных W и Z-бозонов. Механизм, в настоящее время носящий его фамилию, предсказывает существование новой частицы, хиггсовского бозона. Об открытии частицы было объявлено 4 июля 2012 года на пресс-конференции ЦЕРН (сам Хиггс заявил по этому поводу, что не ожидал экспериментального подтверждения его теории при своей жизни). Механизм Хиггса считается сообществом физиков одним из основных компонентов Стандартной Модели. П. Хиггс придумал механизм Хиггса во время горной прогулки в районе Эдинбурга и, вернувшись в лабораторию, заявил, что у него возникла «грандиозная идея».
За достижения в области теоретической физики П. Хиггс был награждён большим числом премий и медалей. В частности, он лауреат медали Дирака, присуждаемой Институтом физики (Лондон), и премии 1997 года в области физики частиц и физики высоких энергий, присуждаемой Европейским физическим обществом.
Британский физик Питер Хиггс, еще в 1964 году предсказавший существование элементарной частицы, определяющей наличие массы у материи, признался, что рад подтверждению своей теории.
Выступая  на пресс-конференции в Эдинбургском университете, где он преподавал до выхода на пенсию, Хиггс скромно заявил, что "очень приятно бывает убеждаться, что иногда ты все-таки оказываешься прав, хотя ожидание, конечно, подзатянулось", передает слова физика ИТАР-ТАСС. Британский исследователь, чьим именем был назван бозон, существование которого подтвердили эксперименты на Большом андронном коллайдере, может быть удостоен Нобелевской премии за свое открытие.

ПРИОТКРЫТИЕ БОЗОНА ХИГГСА
Свою убежденность в том, что Хиггс заслуживает такой чести, высказал другой выдающийся британский физик Стивен Хокинг. Наиболее престижная в научном мире награда присваивается лишь ныне живущим ученым.
Таким образом, Хиггс, чей возраст достиг уже почтенных 83 лет, в отличие от многих выдающихся мыслителей, не дождавшихся подтверждения своих выкладок, имеет шанс спустя почти полвека получить высочайшее признание, на которое может рассчитывать ученый.
По словам самого Хиггса, в частном порядке он отпраздновал открытие кружкой пива "Лондон прайд" и оставляет на усмотрение Нобелевского комитета вопрос о том, кто удостоится награды.

"НЕДОСТАЮЩЕЕ ЗВЕНО В МОДЕЛИ, ПОЗВОЛЯЮЩЕЙ ОПИСАТЬ МИР"
"Когда все только начиналось, я не мог сказать, доживу ли я до момента, когда теория будет подтверждена или опровергнута, - отметил Хиггс. - Мы очень слабо представляли себе, какова может быть масса этого бозона и, следовательно, насколько велика должна быть энергия, которую частицам надо будет придать в ускорителе, который понадобится для экспериментов. На протяжении многих лет технология создания ускорителей все большей и большей мощности совершенствовалась, и Большой адронный коллайдер стал тем из них, на котором удалось добиться достаточной энергии и интенсивности пучка частиц, чтобы получить результат".
Хиггс отказался вступать в дискуссию о том, доказывает или опровергает сделанное открытие существование высшего разума, отметив, что подхваченное СМИ название "частица Бога" было введено в качестве шутки нобелевским лауреатом Леоном Ледерманом, который первоначально называл бозон Хиггса "проклятой Богом" частицей, поскольку ее существование было так трудно доказать. При этом ученый отметил, что сам никогда не сомневался в своей правоте. "Существование данного бозона настолько необходимо для понимания принципов работы всей теории частиц, что мне крайне сложно представить, что ее могло бы не быть", - заявил Хиггс.
«Существование бозона длится лишь что-то около одной квинтиллионной доли секунды, и мне сложно представить, как столько короткоживущую частицу можно использовать. Частицы, которые живут миллионную долю секунды, сейчас, впрочем, находят применение в медицине», - сказал Хиггс. Физик также отметил, что его смущает тот факт, что бозон носит его имя, и предложил в дальнейшем обозначать его просто заглавной латинской буквой H в соответствии со сложившейся традицией именования элементарных частиц.

По материалам INTERNET
подготовил Мухаммад АКРАМОВ,
к.ф.-м.н., доцент кафедры «Энергосберегающие технологии»,
Инновационный Евразийский университет,
Казахстан, г. Павлодар

Читать 3735 Время
Обновлено Четверг, 17 Октябрь 2013 10:06

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию