Физики нашли бозон Хиггса в данных остановленного коллайдера Теватрон
https://ria.ru/20130327/929442466.html
Физики нашли бозон Хиггса в данных остановленного коллайдера Теватрон
Физики нашли бозон Хиггса в данных остановленного коллайдера Теватрон – РИА Новости, 29.03.2013
Физики нашли бозон Хиггса в данных остановленного коллайдера Теватрон
Бозон Хиггса, предсказанный теоретиками еще в начале 1960-х годов, до минувшего лета оставался последним недостающим элементом современной теории элементарных частиц – Стандартной модели.
2013-03-27T23:08
2013-03-27T23:08
2013-03-29T11:59
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/929442466.jpg?5872242921364543977
иллинойс
америка
весь мир
северная америка
сша
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
2013
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
иллинойс, питер хиггс, большой адронный коллайдер, теватрон
Наука, Иллинойс, Америка, Весь мир, Северная Америка, США, Питер Хиггс, Большой адронный коллайдер, Теватрон
МОСКВА, 27 мар — РИА Новости.
Американский коллайдер Теватрон (Tevatron), остановленный еще в октябре 2011 года, смог наконец “увидеть” бозон Хиггса — почти через год после открытия частицы на Большом адронном коллайдере (БАК) физики смогли обнаружить ее отчетливые “следы” в данных, собранных американским ускорителем за все время его работы.
История поисков бозона Хиггса>>
“Мы подытожили почти десять лет нашей работы. Вопрос идет не столько о повторном открытии бозона Хиггса, сколько об изучении свойств этой частицы. И здесь Теватрон смог добавить очень важную информацию, которую пока не может получить Большой адронный коллайдер — за счет того, что в нем сталкиваются другие частицы. Мы видим, как бозон Хиггса рождается при других условиях, и то, как он распадается, особенно в канале распада на b-кварки, что пока не видит БАК”, — сказал РИА Новости Дмитрий Денисов, руководитель эксперимента D0 на Теватроне.
Бозон Хиггса, предсказанный теоретиками еще в начале 1960-х годов, до минувшего лета оставался последним недостающим элементом современной теории элементарных частиц — Стандартной модели.
В июле 2012 года физики, работающие на Большом адронном коллайдере объявили, что они видят похожую на него частицу, а в марте заявили, что это, действительно, тот самый “хиггс”. Таким образом, БАК закончил полувековую “охоту” за этой частицей, начатую физиками на других ускорителях — коллайдерах Теватрон и LEP.
Американские физики еще два года назад надеялись, что протон-антипротонный коллайдер Теватрон в Национальной лаборатории имени Ферми (штат Иллинойс) сможет открыть бозон Хиггса раньше европейских конкурентов из ЦЕРНа, и призывали власти выделить финансирование на продолжение его работы. Однако деньги найти не удалось, в октябре 2011 года ускоритель был остановлен, а ученые начали тщательно анализировать весь объем собранных им данных.
“Последнее слово Теватрона” прозвучало за три дня до объявления сенсационных результатов БАКа: физики объявили, что они видят “намек” на существование частицы с массой около 125 гигаэлектронвольт с уровнем достоверности 2,8 стандартных отклонений (сигма).
Физики говорят о “свидетельствах” существования новой частицы при 3 сигма, а об открытии при 5 сигма. Результат Теватрона выглядел достаточно бледно на фоне объявленного в ЦЕРНе открытия частицы с массой около 126 гигаэлектронвольт и уровнем достоверности 5 сигма.
Однако теперь физики Фермилаба смогли сказать еще одно “последнее слово”. В статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета, они приводят результаты анализа всего объема данных, накопленных двумя детекторами Теватрона (D0 и CDF) с использованием новых методик, которые позволяют получить более точные оценки.
“Мы наблюдаем значительное превышение сигнала над фоном в диапазоне масс между 115 и 140 гигаэлектронвольт. Локальное превышение на уровне 3,1 стандартного отклонения наблюдается при значении 125 гигаэлектронвольт, что соответствует массе бозона Хиггса, наблюдавшегося на БАКе”, — говорится в статье.
Таким образом уже после “смерти” Теватрон сумел догнать Большой адронный коллайдер, заново открыв бозон Хиггса — благодаря искусству физиков, разработавших новые тонкие методы анализа данных, которые и позволили им “вытянуть” открытие.
“Все, что мы на сегодняшний день видим, с очень хорошей точностью совпадает с тем, что 50 лет назад предсказывали создатели Стандартной модели — Питер Хиггс и другие. Мне кажется, это в некотором смысле триумф человеческой мысли — что полвека назад люди смогли так точно предсказать то, что мы сегодня получили”, — говорит Денисов.
Ученые, возможно, обнаружили неуловимый бозон Хиггса
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, SPL
Подпись к фото,Бозон Хиггса пока можно “увидеть” лишь в теоретических построениях ученых
Бозон Хиггса – самая неуловимая элементарная частица, поиском которой физики занимаются уже несколько десятилетий, – возможно, была обнаружена в ходе опытов, проводимых с использованием Большого адронного коллайдера (БАК), заявили ученые, ведущие эти исследования, на брифинге в Женеве.
Именно эта частица является недостающим звеном, объясняющим природу одной из важнейших физических величин – массы.
Ученые говорят, что два эксперимента, проведенные в БАК, дают основание подозревать образование бозонов одной и той же массы, что вызывает в ученой среде небывалое воодушевление.
Однако у команды исследователей все еще недостаточно экспериментальных данных, чтобы официально объявить о сделанном открытии.
Тем не менее, большинство физиков признают, что если бозон Хиггса не будет найден, то это открывает перед ними еще более волнующие перспективы.
“Если окажется, что мы не нашли его, то это будет даже – своего рода – более захватывающее открытие. Во всех случаях мы только выигрываем”, – сказал Стефан Зёльднер-Ремболд, специалист по физике элементарных частиц из Манчестерского университета.
“[Если] мы найдем [бозон Хиггса], то теория станет, в целом, завершенной. Если мы не найдем его, то поймем, что должно быть что-то другое, но мы пока не понимаем, что именно”, – добавил ученый.
Кусочек пазла
Если ученые смогут доказать существование бозона, это будет грандиозным успехом работы Большого адронного коллайдера (БАК) – гигантского ускорителя элементарных частиц, расположенного на границе Франции и Швейцарии.
Обнаружение бозона Хиггса было основной целью строительства гигантского коллайдера.
При помощи этого устройства ученые разгоняют пучки протонов до релятивистских скоростей и сталкивают их друг с другом, надеясь отыскать неуловимый бозон в еще более мелких элементарных частицах – “осколках”, образовавшихся в результате столкновения.
Над проблемой работают две группы ученых, используя различные детекторы – Atlas и CMS, – принцип работы которых основан на разных технологиях. Таким образом они как бы проверяют друг друга.
Бозон Хиггса является фундаментальной частицей, одним из кирпичиков, из которых построена Вселенная. Он также – отсутствующий элемент в основной теоретической конструкции в физике элементарных частиц, известной как Стандартная модель.
Поле, масса и рождение Вселенной
Бозон объясняет, почему другие элементарные частицы имеют массу.
Автор фото, AP
Подпись к фото,Ученые в ЦЕРНе говорят, что определенного ответа нужно подождать до следующего года.
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
Когда Вселенная начала остывать после Большого взрыва, сформировалась гипотетическая сила, известная как поле Хиггса, вместе с ее квантом, частицей, названной бозоном Хиггса.
Именно это поле (а не бозон) объясняет появление массы у частиц, сформировавших атомы. Без его существования частицы просто пронизали бы космос со световой скоростью. Известно, что частицы, имеющие массу, разгоняться до скорости света не могут.
То, как работает поле Хиггса, можно сравнить с поведением фотографов-папарацци и журналистов, которые, окружив кинозвезду, затрудняют ее передвижения по комнате или улице.
Другими словами, они “придают массу” кинозвезде.
“Дело в том, что бозон Хиггса нужен нам, чтобы объяснить, что такое масса. Но на самом деле мы нуждаемся в нем, чтобы понять Вселенную”, – сказала Тара Ширс, физик элементарных частиц из Ливерпульского университета.
В интервью Би-би-си она сказала: “Открытие [бозона] Хиггса подтвердит, что мы применяем правильный подход, чтобы понять и объяснить Вселенную”.
Подождем до 2012 года
Генеральный директор Европейской организации по ядерным исследованиям – ЦЕРН – Рольф-Дитрих Хойер направил сотрудникам электронное письмо, в котором сказано, что пока не стоит ожидать определенности относительно обнаружения бозона Хиггса.
Сбор данных продолжается. Он может подтвердить или опровергнуть слухи о бозоне Хиггса.
Но поскольку обе группы ученых – Atlas и CMS – увидели сигнал примерно в том же самом месте, искушение отпраздновать это событие за закрытыми дверями велико.
На публике, однако, физики продолжают говорить, что с окончательным ответом “да” или “нет” придется подождать до 2012 года.
Физики столкнулись с серьезной проблемой, поскольку бозон Хиггса отказывается вести себя плохо
Физика 7 августа 2020 г.Лия Крейн
Эксперимент CMS в ЦЕРН изучает бозон Хиггса
Макс Брайс/ЦЕРН
Физики заметили, что бозон Хиггса выполняет новый трюк, но тот, который не приближает нас к пониманию работы фундаментальных частицы.
Бозон Хиггса, обнаруженный в лаборатории физики элементарных частиц CERN недалеко от Женевы, Швейцария, в 2012 году, является частицей, которая придает массу всем другим фундаментальным частицам, согласно стандартной модели физики элементарных частиц.
Единственный способ попытаться решить эту проблему — наблюдать за взаимодействием бозона Хиггса с другими частицами с помощью Большого адронного коллайдера (БАК). Впервые обе основные группы, которые его используют, — коллаборация CMS и ATLAS — наблюдали распад бозона Хиггса на два мюона, своего рода частицу, с которой мы никогда раньше не видели, как она взаимодействует напрямую. Члены коллабораций представили эту работу на виртуальной Международной конференции по физике высоких энергий.
Реклама
Некоторые исследователи предположили, что частицы имеют разные массы, потому что существует более одного типа бозона Хиггса, причем каждый тип бозона Хиггса связан с другим диапазоном масс других частиц.
Подробнее: «Мы умрем, прежде чем найдем ответ»: кризис в основе физики Новое открытие делает более вероятным существование только одного бозона Хиггса.
Именно такое поведение мы ожидаем от стандартной модели. Адам Гибсон-Эвен из Университета Вальпараисо в Индиане, не участвовавший в этой работе, говорит, что это пример «бозона Хиггса, как и было заказано».Но это оставляет загадку того, почему частицы имеют разные массы, совершенно без ответа. Хотя этот результат может и не удивить, говорит Гибсон-Эвен, он несколько разочаровывает, потому что мы знаем, что стандартная модель неполна — помимо того, что она не объясняет, почему частицы имеют разные массы, она также не учитывает темную материю или темную энергию. Тем не менее, экспериментальные результаты полностью соответствовали модели.
«Это проблема в том смысле, что мы знаем, что бозон Хиггса сам по себе не объясняет эти вещи», — говорит исследователь CMS Фрейя Блекман из Свободного университета Брюсселя, Бельгия. Если один и тот же бозон Хиггса взаимодействует и с мюонами, и с более тяжелыми частицами, то это еще один путь к решению вопроса о массе.
Следующим шагом, по словам Блекмана, будет проведение еще более точных измерений бозона Хиггса, взаимодействующего с целым рядом различных частиц.
«Мы удалили сценарии, но у нас пока нет объяснения», — говорит Блекман. «Но в этом и заключается физика элементарных частиц — у нас есть десятки тысяч предсказаний, и мы должны их исключить».
Еще по этим темам:
- бозон Хиггса
- физика частиц
Как был открыт бозон Хиггса | Наука
Детектор ATLAS, один из двух экспериментов по обнаружению неуловимого бозона Хиггса в столкновениях частиц на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, весит целых сто 747 струй и содержит более 1800 миль кабеля. Клаудия Марчеллони / ЦЕРН Примечание редактора: 8 октября 2013 года Питер Хиггс и Франсуа Энглер получили Нобелевскую премию по физике за работу над бозоном Хиггса.
Ниже наш научный обозреватель Брайан Грин объясняет науку, стоящую за открытием.
Известная история в анналах физики повествует о 5-летнем больном Альберте Эйнштейне, лежавшем в постели, получившем от отца игрушечный компас. Мальчик был одновременно озадачен и загипнотизирован работой невидимых сил, перенаправляющих стрелку компаса на север всякий раз, когда ее исходное положение нарушалось. Этот опыт, как позже скажет Эйнштейн, убедил его в том, что в природе существует глубокий скрытый порядок, и побудил его посвятить свою жизнь попыткам раскрыть его.
Хотя этой истории уже более века, загадка, с которой столкнулся молодой Эйнштейн, перекликается с ключевой темой современной физики, важной для самого важного экспериментального достижения в области науки за последние 50 лет: открытия, сделанного год назад. в июле этого года бозона Хиггса.
Поясню.
Наука в целом и физика в частности ищут закономерности. Растяните пружину в два раза и почувствуйте в два раза большее сопротивление.
Шаблон. Увеличьте объем, который занимает объект, сохраняя при этом его массу фиксированной, и чем выше он будет плавать в воде. Шаблон. Внимательно наблюдая закономерности, исследователи открывают физические законы, которые можно выразить на языке математических уравнений.
В случае с компасом также очевидна четкая закономерность: переместите его, и стрелка снова укажет на север. Я могу представить себе молодого Эйнштейна, который думает, что должен существовать общий закон, согласно которому подвешенные металлические иглы толкаются на север. Но такого закона не существует. Когда в области есть магнитное поле, на определенные металлические объекты действует сила, которая выравнивает их вдоль направления поля, каким бы оно ни было. И магнитное поле Земли указывает на север.
Пример простой, но урок глубокий. Образцы природы иногда отражают две взаимосвязанные черты: фундаментальные физические законы и влияние окружающей среды. Это природная версия природы против воспитания.
В случае с компасом распутать их не сложно. Манипулируя им с помощью магнита, вы легко приходите к выводу, что ориентация магнита определяет направление стрелки. Но могут быть и другие ситуации, когда влияние окружающей среды настолько распространено и находится за пределами нашей способности манипулировать, что было бы гораздо сложнее распознать их влияние.
Физики рассказывают притчу о рыбах, исследующих законы физики, но настолько привыкших к своему водному миру, что не учитывают его влияние. Рыбы изо всех сил пытаются объяснить легкое покачивание растений, а также их собственное передвижение. Законы, которые они в конечном итоге находят, сложны и громоздки. Затем у одной блестящей рыбы есть прорыв. Возможно, сложность отражает простые фундаментальные законы, действующие в сложной среде, наполненной вязкой, несжимаемой и всепроникающей жидкостью: океаном. Поначалу проницательную рыбку игнорируют, даже высмеивают. Но постепенно другие тоже понимают, что их окружение, несмотря на его привычность, оказывает значительное влияние на все, что они наблюдают.
Притча ближе к сути, чем мы могли бы подумать? Могут ли быть другие, тонкие, но всепроникающие особенности окружающей среды, которые мы до сих пор не смогли должным образом отразить в своем понимании? Открытие частицы Хиггса на Большом адронном коллайдере в Женеве убедило физиков в однозначном положительном ответе.
Почти полвека назад Питер Хиггс и несколько других физиков пытались понять происхождение основной физической характеристики: массы. Вы можете думать о массе как о весе объекта или, немного точнее, как о сопротивлении, которое он оказывает изменению его движения. Толкните товарный поезд (или перо), чтобы увеличить его скорость, и сопротивление, которое вы почувствуете, отразится на его массе. На микроскопическом уровне масса грузового поезда создается составляющими его молекулами и атомами, которые сами состоят из элементарных частиц, электронов и кварков. Но откуда берутся массы этих и других элементарных частиц?
Когда физики в 1960-х моделировали поведение этих частиц, используя уравнения, основанные на квантовой физике, они столкнулись с загадкой.
Что делать? Вот идея, выдвинутая Хиггсом. Не пихайте массы частиц в глотку красивых уравнений. Вместо этого сохраняйте уравнения чистыми и симметричными, но считайте, что они работают в особой среде. Представьте себе, что все пространство равномерно заполнено невидимой субстанцией — теперь называемой полем Хиггса, — которая притягивает частицы, когда они ускоряются в ней. Надавите на фундаментальную частицу, чтобы увеличить ее скорость, и, согласно Хиггсу, вы почувствуете эту силу сопротивления как сопротивление.
В 1964 году Хиггс представил статью в известный физический журнал, в которой математически сформулировал эту идею. Бумага была отклонена. Не потому, что в нем была техническая ошибка, а потому, что предположение о невидимом чем-то, пронизывающем пространство, взаимодействующем с частицами и обеспечивающем их массу, ну, все это выглядело как куча раздутых домыслов. Редакция журнала сочла его «не имеющим очевидного отношения к физике».
Но Хиггс проявил настойчивость (и его исправленная статья была опубликована позже в том же году в другом журнале), и физики, которые потратили время на изучение предложения, постепенно поняли, что его идея была гениальным ходом, который позволил им получить свой пирог и съесть это тоже.
В схеме Хиггса фундаментальные уравнения могут сохранять свою первоначальную форму, потому что грязная работа по определению масс частиц возлагается на окружающую среду.
Хотя меня не было рядом, чтобы стать свидетелем первоначального отклонения предложения Хиггса в 1964 году (ну, я был рядом, но очень редко), я могу засвидетельствовать, что к середине 1980-х оценка изменилась. Физическое сообщество по большей части полностью разделяло идею существования поля Хиггса, проникающего в пространство. На самом деле, в аспирантуре я изучал то, что известно как Стандартная модель физики элементарных частиц (квантовые уравнения, которые физики собрали для описания частиц материи и доминирующих сил, с помощью которых они влияют друг на друга), профессор представил теорию Хиггса. поле с такой уверенностью, что я долгое время не подозревал, что оно еще должно быть установлено экспериментально. Иногда такое случается в физике. Математические уравнения иногда могут рассказать такую убедительную историю, они могут, казалось бы, так сильно излучать реальность, что закрепляются в просторечии работающих физиков еще до того, как появятся данные, подтверждающие их.
Но только с помощью данных можно установить связь с реальностью. Как мы можем проверить поле Хиггса? Вот тут-то и появляется Большой адронный коллайдер (БАК). Проходя сотни ярдов под Женевой, Швейцария, пересекая французскую границу и обратно, БАК представляет собой круглый туннель длиной почти 17 миль, который служит гоночной трассой для столкновение частиц материи. БАК окружен примерно 9000 сверхпроводящих магнитов и является домом для полчищ протонов, вращающихся вокруг туннеля в обоих направлениях, которые магниты разгоняют почти до скорости света. На таких скоростях протоны проносятся по туннелю примерно 11 000 раз в секунду и, направляемые магнитами, в мгновение ока совершают миллионы столкновений. Столкновения, в свою очередь, производят брызги частиц, похожие на фейерверки, которые улавливают и регистрируют гигантские детекторы.
Одним из основных мотивов создания БАК, стоимость которого составляет порядка 10 миллиардов долларов и в котором участвуют тысячи ученых из десятков стран, был поиск доказательств существования поля Хиггса.
Математика показала, что если идея верна, если мы действительно погружаемся в океан поля Хиггса, то сильные столкновения частиц должны колебать поле подобно тому, как две сталкивающиеся подводные лодки колеблют воду вокруг себя. И время от времени покачивание должно быть как раз таким, чтобы смахнуть крупинку поля — крошечную капельку океана Хиггса, — которая появится как долгожданная частица Хиггса.
Расчеты также показали, что частица Хиггса будет нестабильной, распадаясь на другие частицы за мизерную долю секунды. В водовороте сталкивающихся частиц и вздымающихся облаков твердых частиц ученые, вооруженные мощными компьютерами, будут искать отпечаток Хиггса — образец продуктов распада, определяемый уравнениями.
Ранним утром 4 июля 2012 года я собрался вместе с примерно 20 другими приверженцами в конференц-зале Физического центра Аспена, чтобы посмотреть прямую трансляцию пресс-конференции на объектах Большого адронного коллайдера в Женеве. Примерно за шесть месяцев до этого две независимые группы исследователей, которым было поручено собрать и проанализировать данные БАК, объявили о серьезных доказательствах того, что частица Хиггса была обнаружена.
В настоящее время в сообществе физиков ходит слух, что у команд наконец-то появилось достаточно доказательств, чтобы сделать окончательные заявления. В сочетании с тем фактом, что самого Питера Хиггса попросили совершить поездку в Женеву, было достаточно мотивации не ложиться спать после 3 часов ночи, чтобы услышать объявление в прямом эфире.
Мир быстро понял, что доказательство того, что частица Хиггса была обнаружена, было достаточно убедительным, чтобы перешагнуть порог открытия. Теперь, когда частица Хиггса была официально обнаружена, аудитория в Женеве разразилась бурными аплодисментами, как и наша небольшая группа в Аспене, и, несомненно, десятки подобных собраний по всему миру. Питер Хиггс вытер слезу.
С годами ретроспективного взгляда и дополнительными данными, которые только укрепили аргументы в пользу теории бозона Хиггса, я бы резюмировал наиболее важные последствия этого открытия.
Во-первых, мы давно знаем, что в космосе есть невидимые обитатели. Радио и телевизионные волны.
Магнитное поле Земли. Гравитационные поля. Но ни один из них не является постоянным. Никто не неизменен. Ни одно из них не присутствует равномерно во всей вселенной. В этом отношении поле Хиггса принципиально отличается. Мы полагаем, что его значение одинаково на Земле и вблизи Сатурна, в туманностях Ориона, по всей Галактике Андромеды и везде. Насколько мы можем судить, поле Хиггса неизгладимо отпечатывается на пространственной ткани.
Во-вторых, частица Хиггса представляет собой новую форму материи, появление которой ожидалось многими десятилетиями, но никогда не наблюдалось. В начале 20-го века физики поняли, что у частиц, помимо их массы и электрического заряда, есть третья определяющая характеристика: их вращение. Но, в отличие от детской волчки, вращение частицы — неизменная внутренняя характеристика; он не ускоряется и не замедляется со временем. Электроны и кварки имеют одинаковое значение спина, в то время как спин фотонов — частиц света — в два раза больше, чем у электронов и кварков.
Уравнения, описывающие частицу Хиггса, показали, что, в отличие от любых других видов фундаментальных частиц, у нее вообще не должно быть спина. Данные с Большого адронного коллайдера подтвердили это.
Установление существования новой формы материи — редкое достижение, но результат имеет резонанс в другой области: космологии, научном исследовании того, как вся Вселенная возникла и развилась в форму, которую мы сейчас наблюдаем. В течение многих лет космологи, изучающие теорию Большого Взрыва, зашли в тупик. Они собрали надежное описание того, как Вселенная развивалась за доли секунды после начала, но они не смогли дать никакого представления о том, что вообще заставило пространство начать расширяться. Какая сила могла оказать такое мощное внешнее воздействие? При всем своем успехе теория Большого взрыва не учитывала взрыв.
В 1980-х годах было найдено возможное решение, которое звонит в колокол Хиггса. Если область пространства равномерно заполнена полем, частицы которого не имеют спина, то эйнштейновская теория гравитации (общая теория относительности) показывает, что может возникнуть мощная сила отталкивания — взрыв, и притом большой.
Расчеты показали, что реализовать эту идею с самим полем Хиггса трудно; двойная обязанность обеспечения массы частиц и подпитки взрыва оказывается существенным бременем. Но проницательные ученые поняли, что постулируя второе «подобное Хиггсу» поле (обладающее тем же исчезающим спином, но другой массой и взаимодействиями), они могли бы разделить бремя — одно поле для массы, а другое — для отталкивающего толчка — и предложить убедительное объяснение взрыва. Из-за этого уже более 30 лет физики-теоретики энергично исследуют космологические теории, в которых такие хиггсовские поля играют существенную роль. Были написаны тысячи журнальных статей, развивающих эти идеи, и миллиарды долларов были потрачены на наблюдения в дальнем космосе в поисках и обнаружении косвенных доказательств того, что эти теории точно описывают нашу Вселенную. Таким образом, подтверждение БАК того, что по крайней мере одно такое поле действительно существует, ставит поколение космологических теорий на гораздо более прочную основу.
Наконец, и, возможно, это самое важное, открытие частицы Хиггса — это поразительный триумф математики, способной раскрыть устройство Вселенной. Это история, которая повторялась в физике множество раз, но каждый новый пример все равно волнует. Возможность существования черных дыр возникла в результате математических анализов немецкого физика Карла Шварцшильда; последующие наблюдения доказали, что черные дыры существуют. Космология Большого Взрыва возникла в результате математических анализов Александра Фридмана, а также Жоржа Леметра; последующие наблюдения также подтвердили правильность этого понимания. Концепция антиматерии впервые возникла в результате математического анализа квантового физика Поля Дирака; последующие опыты показали, что и эта идея верна. Эти примеры дают представление о том, что имел в виду великий физик-математик Юджин Вигнер, когда говорил о «необоснованной эффективности математики в описании физической вселенной». Поле Хиггса возникло в результате математических исследований, направленных на поиск механизма, наделяющего частицы массой.
И снова математика прошла с честью.
Я сам физик-теоретик, один из многих, посвятивших себя поиску того, что Эйнштейн назвал «единой теорией» — глубоко скрытых связей между всеми силами природы и материей, о которых мечтал Эйнштейн, спустя много времени после того, как увлекся физикой благодаря таинственным работам компас — открытие бозона Хиггса особенно приятно. Наша работа основана на математике и до сих пор не имела контакта с экспериментальными данными. Мы с нетерпением ждем 2015 года, когда модернизированный и еще более мощный БАК снова будет включен, так как есть шанс, что новые данные докажут, что наши теории движутся в правильном направлении. Основные вехи будут включать в себя открытие класса ранее невидимых частиц (называемых «суперсимметричными» частицами), которые предсказывают наши уравнения, или намеки на дикую возможность пространственных измерений за пределами трех, которые мы все ощущаем. Еще более захватывающим было бы открытие чего-то совершенно непредвиденного, отправляющего нас всех обратно к школьным доскам.
Многие из нас пытаются взобраться на эти математические горы уже 30 лет, а некоторые даже дольше. Временами нам казалось, что единая теория просто недоступна для понимания, а в других случаях мы действительно блуждаем в темноте. Для нашего поколения очень важно стать свидетелями подтверждения бозона Хиггса, увидеть математические открытия четырехдесятилетней давности, реализованные в виде хлопков и потрескиваний в детекторах БАК. Это напоминает нам о том, что нужно принять близко к сердцу слова нобелевского лауреата Стивена Вайнберга: «Наша ошибка не в том, что мы слишком серьезно относимся к нашим теориям, а в том, что мы относимся к ним недостаточно серьезно. Всегда трудно понять, что эти числа и уравнения, с которыми мы играем за рабочим столом, имеют какое-то отношение к реальному миру». Иногда эти числа и уравнения обладают сверхъестественной, почти жуткой способностью освещать темные уголки реальности. Когда они это сделают, мы станем намного ближе к пониманию своего места в космосе.
Клаудия Марчеллони / ЦЕРН
До установки части детектора CMS находились в уборной ЦЕРНа.
Максимилиан Брайс, Майкл Хох, Джозеф Гобин / ЦЕРН
Магнит в детекторе CMS создает магнитное поле в 100 000 раз сильнее, чем у Земли.
Гобин / ЦЕРН
Крупный план детектора CMS — одного из двух экспериментов по обнаружению сигнатур бозона Хиггса.
Гобин / ЦЕРН
Хотя бозон Хиггса кажется слишком коротким, чтобы его можно было обнаружить напрямую, физики из CMS могут сделать вывод о его существовании, изучая потоки частиц, оставшихся после протон-протонных столкновений.