Бі-Бі-Сі: Бозон Хіггса

Вчені, що працюють на Великому адронному колайдері (ВАК), заявили про виявлення частки, що відповідає параметрам бозона Хіггса. Це може стати одним з найбільших наукових відкриттів XXI століття.

У чому ж важливість цього елемента, на пошуки якого фізики витратили більше 40 років?

Що таке бозон Хіггса?

Довгі роки ця частка існувала тільки в умах фізиків-теоретиків. Існує усталена гіпотеза про те, як влаштована велика частина Всесвіту: відомі всі частинки, що формують атоми, молекули і матерію, яка нас оточує; також вивчені сили, що призводять все це в рух. Ця гіпотеза отримала назву "Стандартна модель".

Проте, в цій теоретичній конструкції існує прогалина: у ній не пояснюється, яким чином всі ці частинки знаходять масу. У 1964 році група з шести учених, в яку входив фізик з Единбурга Пітер Хіггс, запропонувала своє пояснення цього процесу, що отримало назву "механізм Хіггса".

Дещо про масу

По суті, маса показує, скільки речовини містить будь-який об'єкт - частка, молекула або, скажімо, собака. При відсутності маси всі елементарні частинки, що формують атоми, рухалися б зі світловою швидкістю і не були б здатні сформувати матерію у Всесвіті, як ми її уявляємо.

Відповідно до механізму Хіггса, Всесвіт пронизує якесь поле - поле Хіггса - яке і дозволяє частинкам знайти масу. Передбачається, що взаємодія з з'являються в цьому полі бозона Хіггса і наділяє рухаються елементи масою. Цей процес можна порівняти зі сніговим полем, по якому не виходить швидко йти, оскільки сніг налипає на черевики і заважає йти.

Пітер Хіггс на конференції в Женеві dailymail.co.uk

Як шукали бозон Хіггса?

Стандартна модель не говорить про те, якою масою володіє сам бозон Хіггса. За допомогою прискорювачів частинок, таких як Великий адронний коллайдер, вчені шукають цю частку серед різних елементів, в яких вона може перебувати. Відбувається це шляхом спостереження за зіткненнями субатомних частинок - протонів - на швидкостях, що наближаються до швидкості світла. Ці зіткнення породжують безліч більш дрібних частинок, які можуть бути виділені тільки таким шляхом.

Сам бозон Хіггса в чистому вигляді, можливо, ніколи не можна буде спостерігати, проте вчені не залишали спроб відшукати його швидкоплинні прояви в потоці частинок після зіткнень в колайдері. Якщо він веде себе так, як припускають фізики, він повинен розпадатися на більш дрібні складові, що формують шлейф, який доводить його існування.

ЧИТАЙ ТАКОЖ: 50 років бозона Хіггса: як шукали невловиму частку

Великий адронний коллайдер - не перше спорудження, яке використовують для полювання за бозоном. Там же, в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН), з 1989 по 2000 роки працював інший прискорювач - Великий електрон-позитронний колайдер.

У США для цих же цілей використовувався кільцевий прискорювач Теватрон, але його робота була припинена в 2011 році. 2 червня 2012 року працювали на ньому вчені опублікували доповідь, висновки якого схожі з відкриттями фахівців, які проводили експерименти на ВАК.

Коли ми дізнаємося, що бозон Хіггса знайдений?

Вчені, які вивчають елементарні частинки, в більшості своїй досить консервативні, коли мова заходить про те, щоб на весь світ заявити про важливе відкриття.

Якщо підкинути монету десять разів і вісім разів випаде "орел", можна зробити висновок, що вона якимось чином заряджена. Але для того щоб заявити про це з упевненістю, що вимагається в фізиці для визнання відкриття, цю монету потрібно підкинути сотні разів.

ЧИТАЙ ТАКОЖ: Для бозона Хіггса буде потрібно спеціальний коллайдер

Першою перешкодою є з'ясування точної маси частинки: судячи з усього, відповідь на це питання вже близький. Далі треба відповісти на наступні питання: чи веде себе бозон Хіггса так, як описується в теорії; яким чином він взаємодіє з іншими елементами і як розпадається на більш дрібні частинки.

Фактично це авангард світової науки, і, можливо, підтвердження всіх положень Стандартної моделі - питання не найближчого майбутнього.

Що далі?

Багато фізиків кажуть, що остаточне підтвердження положень теорії Хіггса стало б для них розчаруванням. Звичайно, масштабні проекти, подібні БАК, реалізовувалися для отримання нових знань, і доказ існування частинки в тому вигляді, як це описувалося в гіпотезі, стало б тріумфом розуміння фізичних процесів, однак в той же час це не так захоплююче, як спростування теорії.

Якби бозон Хіггса не був знайдений, то це стало б великим сюрпризом, і це могло б привести до революції в науці.

Проте, навіть якщо бозон Хіггса займає те місце в Стандартної моделі, про який говорить теорія, залишається багато важливих питань. Ця теорія описує звичну нам матерію, але є підстави вважати, що матерія займає у досліджуваній Всесвіту лише 4%. Може статися, що пояснити природу інших її складових - темної матерії і темної енергії - стане складніше.

Це як у випадку з кубиком Рубіка: збираєш одну його сторону - і раптом розумієш, що інші п'ять сторін знаходяться в повному безладі.

стандартна модель

джерело: Російська служба Бі-бі-сі

ЧИТАЙ ТАКОЖ: Частка бога існує: фізики офіційно оголосили про відкриття бозона Хіггса