Коллайдер нашли в небе

17 апреля 2016

Мюонные детекторы, установленные в лаборатории лондонского Университетского колледжа, указали на то, что в верхних слоях атмосферы Земли постоянно образуются бозоны. Источником частиц являются космические лучи — элементарные частицы и ядра атомов, движущиеся с высокими энергиями в космическом пространстве и ударяющие в верхние слои атмосферы. Попадая по местным атомам, они разбивают их ядра, отчего на Землю проливается «дождь» адронов — элементарных частиц из кварков и глюонов. Именно при столкновениях и слияниях последних образуются бозоны Хиггса.

Эти адроны продолжают разбивать атомы, увеличивая количество высвобождающихся объектов. Однако среднее количество энергии на частицу при этом уменьшается, из-за чего в конечном итоге поток иссякает. Преимущество этого процесса для человека в том, что он снижает уровень радиоактивного излучения, доходящего до поверхности Земли. Максимальной интенсивности выброс и столкновение частиц достигает на высоте десяти тысяч метров.

При попадании космических лучей в атмосферу выделяется даже больше энергии, чем в мощнейших адронных коллайдерах. Однако искать бозон Хиггса с помощью естественных процессов оказалось практически невозможно. Как выяснили немецкие физики, бозон Хиггса возникает в атмосфере примерно раз в восемь секунд — это не очень много.

Кроме того, чтобы зафиксировать присутствие бозонов Хиггса, они должны распадаться на более видимые элементы (желательно мюоны). Построить Большой адронный коллайдер быстрее, проще и дешевле, чем покрыть весь мир сетью мюонных детекторов, способных рассчитывать энергию и направление движение этих элементарных частиц.

Бозон Хиггса отвечает за генерацию массы в электрослабом секторе Стандартной модели (СМ) частиц. В сильном она приобретается главным образом за счет известного соотношения Эйнштейна, связывающего массу и энергию частицы. СМ физики частиц в настоящее время включает в себя около 20 свободных параметров (например, масс фундаментальных частиц). На сегодняшний день она является наиболее экономным способом непротиворечивого объяснения известных наблюдательных фактов микромира.

 Бозон Хиггса − массивная бесспиновая частица, квант соответствующего поля, возникающего в теоретических моделях со спонтанным нарушением симметрии (в том числе и в Стандартной модели) и ответственного за возникновение масс у элементарных частиц. 
    В 2010 г. "За прояснение свойств спонтанного нарушения симметрии в четырёхмерной релятивистской калибровочной теории, а также механизма согласованной генерации масс векторных бозонов" группе физиков: Карл Хаген,Франсуа ЭнглерДжеральд ГуральникПитер ХиггсРоберт Браут и Томас Киббл, была вручена премия имени Дзюна Джона Сакураи в области теоретической физики элементарных частиц.
    Стандартная модель предполагает, что существует еще одно поле, которое практически неотделимо от пустого пространства. Его принято называть полем Хиггса (по фамилии английского теоретика Питера Хиггса). Считается, что все пространство заполнено этим полем, и что частицы приобретают массу путем взаимодействия с ним. Те из них, которые сильно взаимодействуют с полем Хиггса, являются тяжелыми частицами, а слабовзаимодействующие − легкими. Этот эффект аналогичен эффекту движения тела в вязкой жидкости, когда оно за счет взаимодействия с жидкостью приобретает дополнительную эффективную массу. Еще один пример − электрон в кристалле. Из-за электромагнитного взаимодействия с атомами кристаллической решетки электрон приобретает эффективную массу, отличную от массы свободного электрона.
     Существование бозонов Хиггса чрезвычайно важно для физики элементарных частиц. По современным теоретическим представлениям, хиггсовские бозоны имеют прямое отношение к концепции происхождения масс элементарных частиц – фундаментальному вопросу физики. Примечательно, что этот вопрос не поднимался до появления Стандартной модели.
    В силу корпускулярно-волнового дуализма полю Хиггса должна соответствовать, по крайней мере, одна частица − квант этого поля, называемая частицей Хиггса или хиггсовским бозоном. Считается, что хиггсовский бозон имеет нулевой спин. 
    4 июля 2012 года, на научном семинаре ЦЕРН были изложены предварительные результаты экспериментов ATLAS и CMS по поиску бозона Хиггса. Оба детектора наблюдали новую частицу с массой около 125—126 ГэВ с уровнем статистической значимости в 5 сигм. Предполагается что данная частица — бозон, при этом она — самый тяжёлый из когда-либо обнаруженных бозонов. На семинар были приглашены физики Франсуа ЭнглерКарл ХагенПитер Хиггс и Джеральд Гуральник .
    В марте 2013 года появились сообщения от отдельных исследователей ЦЕРНа, что найденная полугодом ранее частица действительно является бозоном Хиггса.
    В 2013 г Франсуа Энглеру и Питеру Хиггсу была присуждена Нобелевская премия "За теоретическое открытие механизма, который вносит свой вклад в наше понимание происхождения массы субатомных частиц, и который недавно был подтвержден открытием предсказанной элементарной частицы, в экспериментах ATLAS и CMS на  Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе."
    В марте 2015 года коллаборации ATLAS и CMS уточнили предыдущие данные по массе бозона: 125.09±0.24 ГэВ, что примерно на 0,2 % точнее предыдущего значения

Источник: http://cont.ws

- See more at: http://www.festivalnauki.ru/statya/33583/kollayder-nashli-v-nebe#sthash.305mnMPM.dpuf

К списку статей