Помогут ли пары бозонов Хиггса раскрыть тайны стабильности Вселенной?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Вселенная полна загадок, и одна из самых интригующих — это механизм, который придает массу элементарным частицам. В 2012 году ученым удалось поймать неуловимый бозон Хиггса, частицу, отвечающую за это явление. Но поиски на этом не закончились. Теперь физики пытаются обнаружить пары бозонов Хиггса, рождающихся в столкновениях протонов на Большом адронном коллайдере. Зачем? Потому что изучение этих пар позволит нам заглянуть глубже, в самую суть хиггсовского поля и понять, насколько верна наша картина мироздания.

Представьте себе поле, пронизывающее все пространство. Это не электромагнитное поле, не гравитационное, а нечто совершенно иное — хиггсовское поле. Именно оно наделяет массой все частицы, которые с ним взаимодействуют. Бозон Хиггса, грубо говоря, — это волна в этом поле, его возбуждение. Обнаружить одиночный бозон Хиггса было огромным достижением, но это только первый шаг. Чтобы по-настоящему понять хиггсовское поле, нужно изучить его «поведение», его взаимодействие само с собой. Именно здесь на сцену выходят пары бозонов Хиггса.

Рождение «хиггсовского» дуэта — явление крайне редкое, но чрезвычайно важное. Оно позволяет исследовать взаимодействие хиггсовского поля, определяемое так называемой константой взаимодействия. Если наши представления о мире верны, то значение этой константы строго определено. Но что, если оно окажется другим? Это будет означать, что Стандартная Модель, наша современная теория элементарных частиц, неполна, и за ее пределами скрывается новая физика, новые, неизвестные нам силы и взаимодействия.

Абстрактная визуализация
Абстрактная визуализация «хиггсовского дуэта», иллюстрация
Автор: Designer

Поймать «хиггсовский» дуэт — задача не из легких. Эти пары распадаются на другие частицы, и ученым приходится искать их следы среди миллиардов столкновений протонов. Но игра стоит свеч. Объединив результаты нескольких экспериментов на ATLAS, физикам удалось существенно уточнить ограничения на константу взаимодействия хиггсовского поля. Пока что данные согласуются со Стандартной Моделью, но точность измерений постоянно растет, и кто знает, какие сюрпризы нас ждут впереди.

Фейнмановские диаграммы ведущего порядка, показывающие производство пар бозонов Хиггса в процессах ggF (a), (b), (f)-(h) и VBF (c)-(e) процессами. Каждая диаграмма чувствительна к определенным факторам связи, обозначаемым ?? в рамках ? или ?? в HEFT. Схемы (a)-(e) имеют место в предсказаниях СМ, а схемы (f)-(h) проявляются только тогда, когда отклонения от предсказаний СМ в коэффициентах ???ℎ, ???ℎℎ или ?? ? ℎℎ.
Фейнмановские диаграммы ведущего порядка, показывающие производство пар бозонов Хиггса в процессах ggF (a), (b), (f)-(h) и VBF (c)-(e) процессами. Каждая диаграмма чувствительна к определенным факторам связи, обозначаемым ?? в рамках ? или ?? в HEFT. Схемы (a)-(e) имеют место в предсказаниях СМ, а схемы (f)-(h) проявляются только тогда, когда отклонения от предсказаний СМ в коэффициентах ???ℎ, ???ℎℎ или ?? ? ℎℎ.
Автор: ATLAS Collaboration High Energy Physics — Experiment (hep-ex) CERN-EP-2024-160 arXiv:2406.09971 DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2406.09971 CC-BY 4.0 Источник: arxiv.org

Ученые не ограничиваются поиском пар бозонов Хиггса в рамках Стандартной Модели. Они используют более общие подходы, такие как эффективная теория поля Хиггса. Эта теория позволяет учесть возможные отклонения от Стандартной Модели и исследовать, какие новые взаимодействия могли бы проявиться в рождении «хиггсовских» пар.

Погоня за «хиггсовским» дуэтом продолжается. Чем точнее будут измерения, тем больше мы узнаем о хиггсовском поле и тем ближе подойдем к разгадке одной из самых фундаментальных загадок Вселенной.

Двумерные тест-статистические контуры при 68% CL (сплошная линия) и 95% CL (пунктирная линия) в (a) ???ℎℎ-?ℎℎℎ, (b) ?? ? ℎℎ-?ℎℎℎ и (c) ?? ℎℎ-???ℎℎ пространствах параметров HEFT, при этом ?? ? ℎℎ, ???ℎℎ и ?ℎℎℎ зафиксированы на своих SM значениям, соответственно. Соответствующие ожидаемые контуры СМ показаны внутренними и внешними заштрихованными областями. Предсказание СМ обозначено звездой, а наилучшее значение показано крестиком.
Двумерные тест-статистические контуры при 68% CL (сплошная линия) и 95% CL (пунктирная линия) в (a) ???ℎℎ-?ℎℎℎ, (b) ?? ? ℎℎ-?ℎℎℎ и (c) ?? ℎℎ-???ℎℎ пространствах параметров HEFT, при этом ?? ? ℎℎ, ???ℎℎ и ?ℎℎℎ зафиксированы на своих SM значениям, соответственно. Соответствующие ожидаемые контуры СМ показаны внутренними и внешними заштрихованными областями. Предсказание СМ обозначено звездой, а наилучшее значение показано крестиком.
Автор: ATLAS Collaboration High Energy Physics — Experiment (hep-ex) CERN-EP-2024-160 arXiv:2406.09971 DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2406.09971 CC-BY 4.0 Источник: arxiv.org

Если бозон Хиггса дает массу частицам, то откуда масса у самого бозона Хиггса?

Это вопрос, который часто задает себе каждый, кто знакомится с теорией хиггсовского поля. Ответ кроется в том, что бозон Хиггса взаимодействует не только с другими частицами, но и сам с собой. Это взаимодействие и придает ему массу. Можно представить себе, что хиггсовское поле — это вязкая среда, и бозон Хиггса, проходя через нее, как будто «налипает» на себя, увеличивая свою массу.

В статье говорится, что рождение пар бозонов Хиггса — явление редкое. Насколько редкое? И почему так сложно их обнаружить?

Вероятность рождения пары бозонов Хиггса в столкновениях протонов на БАК чрезвычайно мала. Представьте себе, что вы бросаете две монетки и пытаетесь угадать, какой стороной они упадут. Вероятность того, что обе упадут орлом, — 1/4. А вероятность рождения «хиггсовского» дуэта — примерно в миллиард раз меньше. Кроме того, эти пары быстро распадаются на другие частицы, и ученым приходится искать их следы среди миллиардов столкновений. Это похоже на попытку найти иголку в стоге сена, только стог сена размером с Солнечную систему.

Что будет, если значение константы взаимодействия хиггсовского поля окажется не таким, как предсказывает Стандартная Модель?

Это будет настоящая революция в физике. Это будет означать, что наше понимание мироздания неполно, и за пределами Стандартной Модели скрывается новая физика. Возможно, существуют новые частицы, новые силы и взаимодействия, о которых мы пока ничего не знаем. Это открывает перед учеными новые горизонты и может привести к появлению новых технологий, о которых мы сегодня даже не мечтаем.

Какое практическое значение имеют поиски пар бозонов Хиггса?

Фундаментальные исследования, такие как поиски «хиггсовского» дуэта, не всегда имеют непосредственное практическое применение. Но именно они двигают вперед науку и расширяют наши знания о мире. История науки показывает, что самые фундаментальные открытия часто приводят к появлению новых технологий, которые меняют нашу жизнь. Возможно, через несколько десятилетий мы будем использовать знания о хиггсовском поле для создания новых источников энергии или даже для путешествий во времени. Пока это фантастика, но фантастика, основанная на реальных научных исследованиях.

4 комментария

Добавить комментарий

112657446964720493423@google
Мне вот интересно, «автор(ка)» сам(а)-то понимает хоть что-то в тех копипастах, что публикует? От бузонов фигса и енетики до кофеварения и косоглазия. Эдакая швея-трактористка широкого профиля со средневосточным уклоном )
a
Не понимает ничего. Это видно по часто встречающимся ошибкам, которые понимающий никогда не допустит.
b
А пока единственный якобы «бозон Хиггса» якобы зарегистрирован в единственном эксперименте.
Не было ни единой повторной проверки.
Т.е. нарушен основной принцип исследований с повторяемостью эксперимента.
Зато сразу дали Нобелевку.
a
На Теватроне видели, на БАКе — видели. Просто на Теватроне меньше статистика, на которой не набрали нужные «шесть сигма», но сигнал есть. То есть независимое подтверждение имеется.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Рачок на роговице полярной акулы: почему миф о светящейся приманке не выдержал проверки

При осмотре половозрелых особей гренландской полярной акулы в арктических водах биологи фиксируют присутствие веслоногого рачка Ommatokoita elongata на роговице у 84,4% особей, а в выборках у...

Почему проект белорусского электрокара тихо закрыли (и при чём тут Китай)

Несколько лет нам обещали доступный белорусский электромобиль: по выставкам возили концепты Академии наук, а в финале показали электрический кроссовер Belgee EX50. Но громкая история закончилась...

Правда ли, что акулы старше деревьев? Почему в этом известном факте есть подвох на 200 миллионов лет

Утверждение о том, что акулы живут на Земле дольше деревьев, часто встречается в научно-популярных статьях и передачах о природе. История акул действительно насчитывает сотни миллионов лет, и они...

Ровесник Большого взрыва: в центре Млечного Пути нашли звездное скопление возрастом 13,4 миллиарда лет

Один из главных вопросов современной астрофизики — как именно и когда сформировалась наша Галактика, Млечный Путь. Согласно физическим моделям, сборка любой крупной галактики начинается...

Почему водители останавливаются после поворота, хотя основной светофор разрешал проезд, и правильно ли они поступают

На регулируемых перекрёстках нередко складывается ситуация, когда разрешающий сигнал основного светофора позволяет выполнить поворот направо, а сразу после поворота располагается пешеходный...

Почему на советском ЗИЛ-157 водитель специально спускал колёса прямо во время движения

Представьте, что тяжёлый грузовик едет по грунтовой дороге, впереди глубокая грязь или рыхлый снег. Казалось бы, перед таким участком нужно проверить, хорошо ли накачаны колёса. Но...