Что это за штука, о которой мы постоянно слышим, — бозон Хиггса, и почему он так важен?
Сегодня я расскажу все о бозоне Хиггса. Я хотел бы уточнить, что эта статья для тех, чьи глаза стекленеют каждый раз, когда вы слышите термин «бозон Хиггса».
Вы знаете, что это какая-то частица, Нобелевская премия, масса, бла-бла. Но вы не понимаете, что это такое и почему это важно.
Во-первых, давайте начнем со Стандартной модели. Это, по сути, законы физики частиц, как их понимают ученые. Они объясняют всю материю и силы, которые мы видим вокруг себя. Ну, большую часть материи, но есть несколько больших загадок, которые мы обсудим по мере углубления в эту тему.
Но важно понять, что есть две основные категории: фермионы и бозоны.
Фермионы — это материя. Есть протоны и нейтроны, которые состоят из кварков, и есть лептоны, которые неделимы, как электроны и нейтрино.
До сих пор со мной? Все, к чему вы можете прикоснуться, — это фермионы.
Бозоны — это частицы, которые передают силы Вселенной. Вы, вероятно, знакомы с фотоном, который передает электромагнитные силы. Затем есть глюон, который передает сильные ядерные силы, и W- и Z-бозоны, которые передают слабые ядерные силы.
Получается своеобразная таблица Менделеева из субатомных частиц. Из этих частиц осталось открыть только крайний правый — гравитон
- Загадка № 1 — гравитация. Хотя это одна из фундаментальных сил Вселенной, никто не обнаружил бозонную частицу, передающую эту силу. Поэтому, если вы хотите получить Нобелевскую премию, найдите гравитационный бозон, и он будет вашим. Докажите, что у гравитации нет бозона, и вы тоже сможете получить Нобелевскую премию. В любом случае, Нобелевская премия вам обеспечена.
- Номер 2 — Вопрос массы. Почему что-либо вообще обладает массой или инерцией? Почему количество физического «материала» в объекте определяет, насколько легко его привести в движение или насколько трудно заставить его остановиться?
В 1960-х годах физик Питер Хиггс предсказал, что должно существовать некое поле, которое пронизывает все пространство и взаимодействует с материей, подобно рыбе, плывущей по воде. Чем больше масса объекта, тем сильнее он взаимодействует с этим полем Хиггса.
И так же, как и другие фундаментальные силы во Вселенной, поле Хиггса должно иметь соответствующий бозон для передачи силы — это и есть бозон Хиггса.
Само поле невозможно обнаружить, но если бы вы смогли каким-то образом обнаружить соответствующие частицы Хиггса, то можно было бы предположить существование поля.
И вот здесь на помощь приходит Большой адронный коллайдер. Работа ускорителя частиц заключается в преобразовании энергии в материю по формуле e=mc2. Разгоняя частицы — например, протоны — до огромных скоростей, они придают им огромное количество кинетической энергии. На самом деле, в своей нынешней конфигурации БАК разгоняет протоны до 0,999999991c, что примерно на 10 км/ч медленнее скорости света.
Когда пучки частиц, движущихся в противоположных направлениях, сталкиваются друг с другом, это концентрирует огромное количество энергии в крошечном объеме пространства. Этой энергии нужно куда-то деваться, поэтому она застывает в виде материи (спасибо Эйнштейну). Чем больше энергии вы можете столкнуть, тем более массивные частицы вы можете создать.
И вот, в 2013 году БАК позволил физикам наконец-то подтвердить наличие бозона Хиггса, настроив энергию столкновений на нужный уровень, а затем обнаружив каскад частиц, возникающих при распаде бозона Хиггса.
Поскольку нужные частицы обнаружены, можно предположить наличие бозона Хиггса, а благодаря этому можно предположить наличие поля Хиггса. Нобелевские премии для всех😁.
Я сказал, что осталось несколько загадок; гравитация, конечно, одна из них, но есть еще несколько. Реальность такова, что физики теперь знают, что материя, которую я описал, на самом деле является лишь малой частью всей Вселенной. По оценкам космологов, всего 4% Вселенной составляет обычная барионная материя, с которой мы знакомы.
Еще 23% составляет темная материя, а еще 73% — темная энергия. Так что у физиков еще много загадок, которые будут занимать их в течение многих лет.
И вот в 2013 году на Большом адронном коллайдере наконец-то была обнаружена частица, которую физики предсказывали в течение 50 лет. Последний фрагмент Стандартной модели наконец-то доказал свое существование, и мы приблизились к пониманию того, что представляет собой 4% Вселенной. Остальные 96% (о, и гравитация) все еще остаются полной загадкой.
Физики поднимают БАК на все более высокие уровни энергии, чтобы найти другие частицы, понять темную материю и узнать, смогут ли они генерировать микроскопические черные дыры. Этому могучему инструменту предстоит открыть еще много новых научных открытий, так что следите за новостями.
Таков в двух словах бозон Хиггса.
- Для начала хватит. В продожении я расскажу, что такое поле Хиггса, откуда берется масса всего что мы можем потрогать, как масса бозона Хиггса связана с мультивселенной и где же живём мы. А так же темная материя, темная энергия, антиматерия, но пока ещё рано😉
