Совет 1: Как ищут бозон Хиггса с помощью коллайдера

Некоторые ученые полагают, что 4 июля 2012 года физикам открылись ворота в так называемую «Новую Физику». Это условное обозначение для тех областей непознанного, которые находятся за пределами Стандартной модели: новые элементарные частицы, поля, взаимодействия между ними и т.д. Но до того ученым пришлось найти и допросить привратника – пресловутый Бозон Хиггса.



Большой адронный коллайдер состоит из кольца ускорителя (магнитной системы) длиной 26 659 м., инжекционного комплекса, ускорительной секции, семи детекторов, предназначенных для обнаружения элементарных частиц, и нескольких других малозначимых систем. Два из детекторов коллайдера используют для поиска хиггсовского бозона: ATLAS и CMS. Одноименными аббривеатурами именуются проводящиеся на них эксперименты, а также коллаборации (группы) ученых, которые работают на этих детекторах. Они довольно многочисленны, например, в коллаборации CMS участвует около 2,5 тыс. человек.

Для того чтобы засечь новые частицы, в коллайдере создают протон-протонные столкновения, т.е. столкновения пучков протонов. Каждый пучок состоит из 2808 сгустков, а в каждом из этих сгустков – около 100 млрд протонов. Разгоняясь в инжекционном комплексе, протоны «впрыскиваются» в кольцо, где ускоряются при помощи резонаторов и обретают энергию 7 Тэв, а затем сталкиваются в местах расположения детекторов. Результатами таких столкновений является целый каскад частиц с различными свойствами. Перед началом экспериментов ожидалось, что одной из них будет бозон, ранее предсказанный физиком-теоретиком Питером Хиггсом.


Бозон Хиггса – это нестабильная частица. Появляясь, он тут же распадается, поэтому его искали по продуктам распада на другие частицы: глюоны, мюоны, фотоны, электроны и т.д. Процесс распада фиксировался детекторами ATLAS и CMS, а полученная информация отправлялась на тысячи компьютеров по всему миру. Ранее ученые предположили, что каналов (вариантов распада) может быть несколько, и с разным успехом совершали исследования по каждому из этих направлений.

В конце концов 4 июля 2012 г на открытом семинаре в CERN физики предоставили результаты своей работы. Ученые из коллаборации CMS объявили, что анализировали данные по пяти каналам: распад бозона Хиггса на Z-бозоны, гамма-фотоны, электроны, W-бозоны и кварки. Суммарно статистическая значимость обнаружения бозона Хиггса составила 4,9 сигмы (это термин из статистики, так называемое «стандартное отклонение») для массы 125,3 Гэв.

Затем ученые из коллаборации ATLAS объявили данные распада бозона по двум каналам: на два фотона и на четыре лептона. Суммарно статистическая значимость для массы в 126 Гэв составила 5 сигма, т.е. вероятность того, что причиной наблюдаемого эффекта является статистическая флуктуация (случайное отклонение), равна 1 к 3,5 млн. Этот результат позволил с большой долей вероятности объявить об открытии новой частицы – бозона Хиггса.


Совет 2: Как нашли бозон Хиггса

4 июля 2012 года специалисты Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) заявили, что ими наконец-то обнаружен бозон Хиггса. Существование такой гипотетической частицы было предсказано около пятидесяти лет назад, но получить практическое подтверждение этой гипотезе стало возможно только после запуска Большого адронного коллайдера.



В середине 60-х годов прошлого века мало кому известный преподаватель Эдинбургского университета Питер Хиггс предсказал существование особой частицы, которая является основой современной модели мироздания. Именно по этой причине бозон Хигса окрестили «частицей Бога». Экспериментально подтвердить факт существования частицы помог БАК – Большой адронный коллайдер, представляющий собой грандиозную установку для изучения элементарных частиц.

Хиггс предположил, что существует некая среда или «отягчающее» поле, пролетая через которое элементарные частицы начинают с ним взаимодействовать. Чем сильнее взаимодействие, тем медленнее прорывается через среду частица, и тем большей массой эта частица обладает. В кругах физиков возникла идея: посредством мощного ускорителя «отщипнуть» часть поля, устроив своеобразный «Большой Взрыв наоборот».

Согласно законам квантовой механики, предсказанное Хиггсом «отягчающее» поле состоит из квантов, являющихся одновременно как волной, так и частицей. Кванты гипотетического поля Хиггса получили в науке название бозонов.

Идея эксперимента состояла в том, чтобы мощным ударом разбить пару, состоящую из протона и бозона Хиггса. Это позволило бы увидеть освобожденный протон, превратившийся без специфической среды в фотон света и еще одну частицу – искомый бозон Хиггса.

Опыты начались в начале 80-х годов прошлого века на первом коллайдере, построенном Европейской организацией по ядерным исследованиям. Тогда найти бозон Хиггса не удалось, но было получено множество обнадеживающих промежуточных результатов. Впоследствии работы продолжились на Большом адронном коллайдере, построенном в районе Женевского озера. Новые эксперименты продолжались более одиннадцати лет и позволили откорректировать параметры исследований, а также определить диапазон измерений.

Несколько лет ожидания и значительные затраты на исследовательский проект принесли свои результаты. В официальном пресс-релизе CERN от 4 июля 2012 года было сделано осторожное заявление о том, что выявлены явные признаки существования новой частицы, вписывающейся в рамки выдвинутой Хиггсом теории. Несмотря на существующую небольшую вероятность ошибки, большинство физиков уверены, что поиски бозона Хиггса успешно завершены.


Видео по теме
Источники:
  • «В поисках частицы Бога, или Охота на бозон Хиггса», И. Сэмпл, 2012.
Источники:
  • Поиск хиггсовского бозона на LHC
Поиск
ВАЖНО! Проблемы сердца сильно "помолодели". Потратьте 3 минуты на просмотр ролика. Защитите себя и близких от страшных проблем.
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500