29 сентября, 2020
Бозон Хиггса

Бозон Хиггса

Одной из основных целей строительства LHC являлось доказательство существования бозона Хиггса. В Стандартной модели фундаментальные частицы являются безмассовыми, массы частиц появляются в результате их взаимодействия со специальным полем, которое было предсказано Энглером, Браутом, Хиггсом и называется полем Хиггса. Согласно Стандартной модели пространство заполнено однородным скалярным полем Хиггса, которое возникает при охлаждении Вселенной после Большого взрыва.
Об открытии бозона Хиггса было объявлено 4 июля 2012 г. на семинаре в CERN. До этого времени бозон Хиггса был единственным недостающим звеном в Стандартной модели. Его основной задачей было обеспечить появление масс у фундаментальных частиц Стандартной модели. Лептоны, кварки, W±-, Z-бозоны получают массы, потому что в природе существует поле Хиггса, квантом этого поля является бозон Хиггса. Бозон Хиггса был открыт двумя экспериментальными группами, работающими на двух детекторах – ATLAS и CMS. Бозон Хиггса обнаружили, изучая распады бозона Хиггса на два фотона (коллаборация CMS)

H → 2γ

или на две пары лептон-антилептон (коллаборация ATLAS)

H → e+ee+e,
H → e+eμ+μ,
H → μ+μμ+μ.

    О сложности наблюдения бозона Хиггса можно судить по следующим цифрам. Из тысячи распадов бозона Хиггса распад на 2γ происходит в 2 случаях. Распад на 4 лептона происходит ещё в ~100 раз реже. Тем не менее, были выбраны эти каналы распада, так как можно было надеяться выделить нужные события на уровне большого фона от других событий. Результаты экспериментов ATLAS и CMS показаны на рис. 20.

 
Рис. 20. Обнаружение бозона Хиггса в экспериментах ATLAS (слева) и CMS (справа).

    Основные характеристики бозона Хиггса

M(H) = 125 ГэВ,
J(H) = 0,
τ ~ 10-22 c.

    Поиск бозона Хиггса составлял одну из приоритетных задач LHC. Другой важной проблемой является обнаружение экспериментальных данных, не описываемх Стандартной моделью − отклонение от Стандартной модели, поиск новой физики за пределами Стандартной модели.

Академик В. А. Рубаков: «Мы можем только выдвигать гипотезы о физике за пределами Стандартной модели и её роли в ранней Вселенной. Физика в ТэВ-области энергий может кардинально отличаться от той физики, к которой мы привыкли. Например, не исключено, что масштаб порядка 1 ТэВ — это не только электрослабый, но и гравитационный масштаб. Такое возможно в моделях с дополнительными пространственными измерениями большого размера. в которых связь планковского масштаба с фундаментальным гравитационным масштабом зависит от объёма дополнительных измерений, так что фундаментальный масштаб может быть значительно меньше, чем MPl.
Если в экспериментах на LHC будет действительно обнаружено, что фундаментальный гравитационный масштаб энергий находится в ТэВ-области, то произойдёт настоящий прорыв как в физике частиц, так и в космологии. С точки зрения физики частиц, такой прорыв будет связан с возможностью исследовать на коллайдерах квантовую гравитацию и её высокоэнергетическое расширение (каковым, возможно, является теория суперструн). С точки зрения космологии, такое открытие приведёт к пересмотру многих представлений о ранней Вселенной. Например, необходимо будет рассматривать инфляцию (если на ней настаивать) в режиме низких плотностей энергии или в режиме квантовой гравитации; максимальная температура на обычной горячей стадии будет ограничена величиной порядка 1 ТэВ. так что тёмная материя и барионная асимметрия должны будут образовываться либо при сравнительно низких температурах, либо в квантово-гравитационном режиме. Необычайно интересным представляется исследование космологии в условиях сильных квантово-гравитационных эффектов на основе поступающих коллайдерных данных. Эта перспектива, пожалуй, является слишком радужной, чтобы быть реалистичной.
Более вероятно, что на LHC будет обнаружено что-то совсем новое, о чём теоретики и не догадывались. Или, наоборот, будет обнаружено настолько мало, что необходимо будет всерьёз вставать на точку зрения антропного принципа. В любом случае, результаты экспериментов на LHC существенно дополнят наши представления о физике, и космология здесь — не исключение».

источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *