Это бета-версия нового сайта Нового Времени. Присылайте свои замечания по адресу newsite@nv.ua

Частицы Бога. Физики приблизились к разгадке одной из величайших тайн Вселенной

Научпоп

10 июля, 21:02

12788

Частицы Бога. Физики приблизились к разгадке одной из величайших тайн Вселенной

Новые эксперименты на Большом адронном коллайдере позволили проанализировать поведение бозона Хиггса

Исследуя знаменитый бозон Хиггса, американские физики сделали важный шаг к пониманию того, откуда берется масса некоторых элементарных частиц.

В 2012 году ученые объявили об открытии бозона Хиггса, предсказанной более полувека назад частицы, которая играет важнейшую роль в мироздании.

До сих пор ее не удалось наблюдать напрямую. Ученые могут лишь получить доказательство ее существования, сталкивая между собой миллионы частиц в секунду и определяя, как бозон Хиггса распадается на частицы, для определения которых уже существуют методики.

И вот, спустя шесть лет после открытия бозона Хиггса, ученые осуществили эксперимент, который позволил доказать существование этой частицы новым способом.

Казалось бы, что здесь такого революционного? Мы ведь и так знали, что знаменитый бозон существует.

Но на самом деле, сама методика, на которой базировался эксперимент, позволяет говорить о том, что мы стоим на пороге крупного прорыва, который раскроет перед нами одну из величайших загадок Вселенной.

Бозон Хиггса и таинственная масса

В ходе эксперимента в лаборатории ATLAS, которая расположена в знаменитом Европейском центре ядерных исследований (CERN) в Швейцарии, ученые подтвердили одно из предположений Стандартной модели физики.

А именно - о том, что бозон Хиггса соединяется с d-кварками (или, как их еще называют, нижними кварками).

“Это было предсказано давно”, - поясняет Джон Хат, физик из Гарвардского университета, работающий в ATLAS. Но, по его словам, до сих пор уверенности в этом не было.

50 лет назад группа ученых, включающая физика Питера Хиггса, впервые подвела теоретическую базу под предположение о существовании некоей таинственной частицы. Именно она ответственна за то, что у некоторых других частиц, которые не должны иметь массы, эта масса все же есть.

Питер Хиггс получил за свои работы Нобелевскую премию по физике / EPA

И даже больше того, именно этой частицы не хватало для полного понимания того, почему у элементарных частиц вообще есть масса.

После десятилетий исследований бозон Хиггса был таки найден в 2012 году с помощью Большого адронного коллайдера в CERN.

Тогда ученые сталкивали протоны и наблюдали за тем, какие частицы образуются в результате столкновений. И сравнивали результаты наблюдений с симуляциями, разработанными так, будто никакой таинственной частицы не существует.

Около 30% частиц, образовавшихся в результате этих столкновений, должны были образовать набор фотонов или набор бозонов W и Z, которые являются носителями слабого взаимодействия (одной из фундаментальных сил природы).

Но почти 60% бозонов Хиггса должны распадаться на пару нижних кварков.

Все полученные доказательства позволили предположить, что найденная частица являлась искомым бозоном Хиггса. Однако, заметить бозон Хиггса с помощью наблюдения за нижними кварками было гораздо сложнее, чем найти его с помощью фотонов или бозонов W и Z.

Нижние кварки наводят большую путаницу в результатах экспериментов, констатируют ученые.

Дело в том, что фотоны легче зафиксировать в существующих детекторах Большого адронного коллайдера, поясняет обозреватель Symmetry Сара Чарли. А бозоны сами по себе распадаются на пары мюонов и электронов, которые также довольно легко засечь.

Почему это важно?

Ученые из лаборатории ATLAS считают, что наблюдали достаточное количество нижних кварков, которые появились в результате столкновения протонов, чтобы быть уверенными в своем “повторном открытии” бозона Хиггса.

Согласно их утверждению, наблюдения имеют крайне низкую погрешность, в пределах 5 сигм (единица, обозначающая стандартное отклонение). Это означает, что вероятность случайного стечения обстоятельств при измерении крайне низка.

Для того, чтобы прийти к таким результатам, потребовались колоссальные усилия и мощные технологии, отмечают исследователи.

“Нужно было проанализировать все данные экспериментов Большого адронного коллайдера с 2011 года, а затем подвергнуть их обработке с помощью искусственных нейронных сетей и машинного обучения”, - рассказывает Фрейя Блекмен, физик из университета Врийе (Бельгия), сотрудник CERN.

По словам Джона Хата, возглавлявшего исследование в ATLAS, полученные результаты важны не только потому, что подтверждают сам факт существования бозона Хиггса. В конце концов, вот уже шесть лет его никто не подвергает сомнению.

С одной стороны бозон Хиггса является частью некоего поля, которое пронзает Вселенную и наделяет элементарные частицы массой, поясняет обозреватель Gizmodo Райан Мандельбаум.

С другой стороны, гравитация - сила, которая действует между массами, не вписывается в ту самую квантовую теорию, которая описывает бозон Хиггса. Да и всю парадигму Большого Взрыва, в которой слабое взаимодействие объединено с электромагнитным взаимодействием.

Возможно, решить эту проблему можно, поняв, как устроено поле, сопровождающее бозон Хиггса, подводит итог Мандельбаум.

А для этого необходимо понять что происходит, когда сталкиваются два бозона Хиггса. Теоретически, можно косвенно наблюдать за этим процессом по появлению четырех нижних кварков, которые станут его результатом.

“Мы находимся на распутье, - говорит Хут. - Нам нужно больше информации, чтобы решить эту загадку”.

По мнению Андрэ Давида, французского физика из CERN, несмотря на то, что открытие Хата не говорит ничего нового о бозоне Хиггса как таковом, оно указывает направление для следующих экспериментов с кварками и бозонами Хиггса. Тех, которые помогут понять, откуда кварки берут свою массу.

А это - одна из фундаментальных загадок устройства Вселенной. В отличие от протонов и нейтронов кварки неделимы. Откуда у них берется масса покоя, не ясно. Следовательно, поле Хиггса - одна из важных составляющих Вселенной. А мы до сих пор ничего о нем не знаем, констатируют физики.

 


Подписывайтесь на наш канал в Telegram

Самые интересные статьи и подборка важных новостей по вечерам

Подписаться