Жөнөкөй сөз менен айтканда, Хиггс бозону бардык убактагы эң кымбат бөлүкчө. Эгерде, мисалы, электронду ачуу үчүн вакуумдук түтүк жана бир нече жаркыраган акыл жетиштүү болсо, Хиггс бозонун издөө Жерде сейрек кездешүүчү эксперименталдык энергияны түзүүнү талап кылды. Чоң адрон коллайдери эң атактуу жана ийгиликтүү илимий эксперименттердин бири болгондуктан, эч кандай киришүүнүн кереги жок, бирок анын профилдик бөлүкчөсү, мурдагыдай эле, калктын көпчүлүгү үчүн сыр менен капталган. Ал Кудайдын бөлүкчөсү деп аталды, бирок миңдеген илимпоздордун аракетинин аркасында биз анын бар экенин ишеним менен кабыл алышыбыз керек эмес.
Акыркы белгисиз
Хиггс бозону деген эмне жана анын ачылышынын мааниси эмнеде? Эмне үчүн ал ушунчалык көп чуулардын, каржылоонун жана туура эмес маалыматтын предмети болуп калды? Эки себеп менен. Биринчиден, бул физиканын Стандарттык моделин ырастоо үчүн зарыл болгон акыркы ачыла элек бөлүкчө болгон. Анын ачылышы илимий басылмалардын бүтүндөй бир мууну текке кетпегенин билдирген. Экинчиден, бул бозон башка бөлүкчөлөргө алардын массасын берет, бул ага өзгөчө маани жана кандайдыр бир «сыйкыр» берет. Биз ойлонобузмасса нерселердин ички касиети катары, бирок физиктер башкача ойлошот. Жөнөкөй сөз менен айтканда, Хиггс бозону бөлүкчө, ансыз масса негизи жок.
Дагы бир талаа
Себеби Хиггс талаасы деп аталган жерде жатат. Бул Хиггс бозонуна чейин эле сүрөттөлгөн, анткени физиктер аны өздөрүнүн теорияларынын жана байкоолорунун муктаждыктары үчүн эсептеп чыгышкан, бул жаңы талаанын болушун талап кылган, анын аракети бүт ааламга жайыла турган. Ааламдын жаңы компоненттерин ойлоп табуу менен гипотезаларды бекемдөө коркунучтуу. Мурда, мисалы, бул эфир теориясын түзүүгө алып келген. Бирок канчалык көп математикалык эсептөөлөр жасалган сайын, физиктер Хиггс талаасынын чындыгында болушу керектигин түшүнүшкөн. Бир гана көйгөй аны байкоо үчүн практикалык каражаттардын жоктугунда болгон.
Физиканын Стандарттык моделинде элементардык бөлүкчөлөр бардык мейкиндикти басып өткөн Хиггс талаасынын бар экендигине негизделген механизм аркылуу масса алышат. Ал көп энергияны талап кылган Хиггс бозондорун жаратат жана бул илимпоздорго жогорку энергиялуу эксперименттерди жүргүзүү үчүн заманбап бөлүкчөлөрдүн тездеткичтерине муктаж болушунун негизги себеби.
Масса кайдан келет?
Алсыз өзөктүк өз ара аракеттешүүлөрдүн күчү аралыктын өсүшү менен тездик менен төмөндөйт. Кванттык талаа теориясына ылайык, бул анын түзүлүшүнө катышкан бөлүкчөлөр - W- жана Z-бозондор - массасы жок глюондор менен фотондордон айырмаланып, массага ээ болушу керек дегенди билдирет.
Маселе, ченегич теориялары массасы жок элементтер менен гана алектенет. Эгерде ченегич бозондор массага ээ болсо, анда мындай гипотезаны негиздүү аныктоо мүмкүн эмес. Хиггс механизми Хиггс талаасы деп аталган жаңы талааны киргизүү менен бул көйгөйдөн качат. Жогорку энергияларда габариттик бозондор массасына ээ эмес жана гипотеза күтүлгөндөй иштейт. Төмөн энергияда талаа симметриянын бузулушун шарттайт, бул элементтердин массасына ээ болууга мүмкүндүк берет.
Хиггс бозону деген эмне?
Хиггс талаасы Хиггс бозону деп аталган бөлүкчөлөрдү пайда кылат. Алардын массасы теория тарабынан такталган эмес, бирок эксперименттин натыйжасында 125 ГэВге барабар экендиги аныкталган. Жөнөкөй сөз менен айтканда, Хиггс бозону стандарттык моделдин бар экенин биротоло тастыктады.
Механизм, талаа жана бозон шотландиялык окумуштуу Питер Хиггстин ысмын алып жүрөт. Ал бул концепцияларды биринчилерден болуп сунуштабаса да, физикада көп кездешкендей, ал жөн гана кокустан алардын аты менен аталган.
Бузулган симметрия
Массасы болбошу керек болгон бөлүкчөлөр үчүн Хиггс талаасы жооптуу деп ойлошкон. Бул ар кандай массадагы массасы жок бөлүкчөлөрдү берген универсалдуу чөйрө. Симметриянын мындай бузулушу жарыкка окшоштук менен түшүндүрүлөт - бардык толкун узундуктары вакуумда бирдей ылдамдыкта кыймылдашат, ал эми призмада ар бир толкун узундугун айырмалоого болот. Бул, албетте, туура эмес аналогия, анткени ак жарык бардык толкун узундуктарын камтыйт, бирок мисал кантип көрсөтөтХиггс талаасынын массасынын жаралышы симметриянын бузулушуна байланыштуу көрүнөт. Призма жарыктын ар кандай толкун узундуктарынын ылдамдыгынын симметриясын ажыратып бузат, ал эми Хиггс талаасы симметриялуу массасы жок кээ бир бөлүкчөлөрдүн массаларынын симметриясын бузат деп эсептелет.
Хиггс бозону жөнөкөй сөз менен кантип түшүндүрүүгө болот? Жакында эле физиктер эгер Хиггс талаасы чындап бар болсо, анын иштеши байкала турган касиеттери бар тиешелүү ташуучунун болушун талап кыларын түшүнүштү. Бул бөлүкчө бозондорго таандык деп болжолдонгон. Жөнөкөй сөз менен айтканда, Хиггс бозону Ааламдын электромагниттик талаасынын алып жүрүүчүлөрү болгон фотондор сыяктуу алып жүрүүчү күч деп аталат. Фотондор, кандайдыр бир мааниде, анын жергиликтүү дүүлүгүүлөрү, Хиггс бозону анын талаасынын жергиликтүү дүүлүктүрүүлөрү. Физиктер күткөн касиеттерге ээ бөлүкчөнүн бар экенин далилдөө чындыгында талаанын бар экенин түздөн-түз далилдөө менен барабар болгон.
Эксперимент
Көп жылдык пландоо Чоң Адрон Коллайдерине (LHC) Хиггс бозон теориясын жокко чыгаруунун далили болууга мүмкүндүк берди. 27 чакырымдык супер кубаттуу электромагниттик шакек заряддалган бөлүкчөлөрдү жарыктын ылдамдыгынын олуттуу үлүшүнө чейин тездетип, аларды компоненттерине бөлүүгө жетишерлик күчтүү кагылышууларды жаратат, ошондой эле таасир этүүчү чекиттин айланасындагы мейкиндикти деформациялай алат. Эсептөөлөргө ылайык, жетишерлик жогорку деңгээлдеги кагылышуу энергиясында бозонду ал чирип кете тургандай заряддоого болот жана булкарап калат. Бул энергия ушунчалык чоң болгондуктан, кээ бирөөлөр дүрбөлөңгө түшүп, дүйнөнүн акырын алдын ала айтышкан, ал эми башкалардын фантазиясы ушунчалык алыска кеткендиктен, Хиггс бозонунун ачылышы альтернативалуу өлчөмдү кароо мүмкүнчүлүгү катары сүрөттөлгөн.
Акыркы ырастоо
Алгачкы байкоолор чындыгында божомолдорду жокко чыгаргандай көрүндү жана бөлүкчөнүн эч кандай белгиси табылган жок. Миллиарддаган доллар сарптоо кампаниясына катышкан кээ бир изилдөөчүлөр алтургай телевидениеге чыгып, илимий теорияны жокко чыгаруу аны ырастоо сыяктуу маанилүү экенин жумшактык менен айтышкан. Бирок бир канча убакыттан кийин өлчөөлөр чоң сүрөткө кошула баштады жана 2013-жылдын 14-мартында CERN бөлүкчөнүн бар экенин ырастаганын расмий жарыялады. Бир нече бозондор бар экенин далилдеген далилдер бар, бирок бул идея дагы изилдөөнү талап кылат.
CERN бөлүкчөнүн ачылышын жарыялагандан эки жыл өткөндөн кийин, Чоң Адрон Коллайдеринде иштеген илимпоздор аны тастыктай алышты. Бул бир жагынан илим үчүн чоң жеңиш болсо, экинчи жагынан көптөгөн илимпоздордун көңүлү чөктү. Эгер кимдир бирөө Хиггс бозону Стандарттык Моделден тышкары кызыктай жана кереметтүү аймактарга - суперсиметрияга, кара материяга, кара энергияга - алып келе турган бөлүкчө болот деп үмүттөнсө, тилекке каршы, андай эмес болуп чыкты.
Nature Physics журналында жарыяланган изилдөө фермиондорго ажыраганын тастыктады. Стандарттык модель, жөнөкөй сөз менен айтканда, бозон деп болжолдойтХиггс - фермиондорго массасын берүүчү бөлүкчө. CMS коллайдеринин детектору акыры алардын фермиондорго - даун кварктарына жана тау лептондоруна ажыроосун тастыктады.
Жөнөкөй сөз менен айтканда Хиггс бозону: бул эмне?
Бул изилдөө акыры бул бөлүкчөлөр физикасынын Стандарттык модели тарабынан болжолдонгон Хиггс бозону экенин тастыктады. Ал 125 ГэВ массалуу-энергетикалык аймакта жайгашкан, спини жок жана көптөгөн жеңил элементтерге - жуп фотондорго, фермиондорго ж. бардык нерсеге масса берген бөлүкчө.
Жаңы ачылган элементтин демейки жүрүм-турумуна көңүлүм калды. Эгерде анын ажыроосу бир аз башкача болгондо, фермиондор менен башкача байланышта болмок жана изилдөөнүн жаңы жолдору пайда болмок. Экинчи жагынан, бул гравитацияны, кара энергияны, кара материяны жана чындыктын башка таң калыштуу кубулуштарын эсепке албаган Стандарттык Моделден бир кадам да ары жыла элекпизди билдирет.
Эми аларга эмне себеп болгонун боолголосо болот. Эң популярдуу теория суперсимметрия болуп саналат, анда Стандарттык Модельдеги ар бир бөлүкчө укмуштуудай оор супер өнөктөшкө ээ (ошентип ааламдын 23% түзөт - караңгы зат). Коллайдерди жаңылоо, анын кагылышуу энергиясын 13 ТеВ чейин эки эсеге көбөйтүү, кыязы, бул супербөлүкчөлөрдү аныктоого мүмкүндүк берет. Болбосо, суперсимметрия LHCдин күчтүүрөөк мураскеринин түзүлүшүн күтүүгө туура келет.
Кийинки перспективалар
Анда Хиггс бозонунан кийин физика кандай болот? LHC жакында өз ишин олуттуу жакшыртуу менен кайра баштады жана антиматериядан кара энергияга чейин баарын көрө алат. Караңгы материя кадимки зат менен тартылуу күчү жана массаны түзүү аркылуу гана өз ара аракеттенет жана Хиггс бозонунун мааниси мунун кандай болорун түшүнүү үчүн ачкыч болуп саналат деп эсептелет. Стандарттык моделдин негизги кемчилиги анын гравитациянын таасирин түшүндүрө албаганында - мындай моделди Улуу бирдиктүү теория деп атоого болот - жана кээ бирөөлөр бөлүкчө жана Хиггс талаасы физиктер эңсеп жаткан көпүрө болушу мүмкүн деп эсептешет.
Хиггс бозонунун бар экендиги тастыкталды, бирок аны толук түшүнүү али өтө алыс. Келечектеги эксперименттер суперсимметрияны жана анын караңгы материяга ажыроо идеясын жокко чыгарабы? Же алар Хиггс бозонунун касиеттери тууралуу Стандарттык моделдин божомолдорунун ар бир деталын тастыктап, бул изилдөө чөйрөсүн биротоло бүтүрөбү?
