что делает бозон хиггса
Что такое бозон Хиггса?
Физика элементарных частиц — не такая популярная, как политика или сплетни о знаменитостях, но одному из ее представителей все же удалось собрать лавры. Речь идет, конечно, о бозоне Хиггса. 4 июля 2012 года команда CERN объявила, что нашла частицу, ради которой был построен Большой адронный коллайдер. Частица, дескать, точно соответствует ожиданиям физиков относительно хиггсовского бозона, или как его безграмотно окрестила пресса — «частицы бога». Бозон Хиггса отвечает за массу и будоражит умы. Что же это такое?
Конечно же, секрет шумихи в том, что мы еще немного приблизились к разгадке тайны Вселенной. Ну или хотим так полагать. Недавно мы писали о том, что физики CERN действительно нашли бозон Хиггса, поэтому никаких сомнений в том, что это именно тот бозон, не остается. Другой вопрос, что для его детального изучения придется построить еще несколько дорогостоящих коллайдеров.
Для того, чтобы понять, что такое бозон Хиггса, нам придется обратиться к одной из самых известных теорий, описывающих то, как работает космос: Стандартной модели. Эта модель пришла к нам в виде физических частиц, полей, которое физики постепенно заполняли строительными блоками по мере исследования Вселенной. Это происходило на протяжении веков и люди достигли существенного прогресса. Сначала мы обнаружили атомы, потом протоны, нейтроны и электроны, и наконец — кварки и лептоны (о них подробнее позже). Да, можно смести все эти фигуры с доски и сдаться квантовой механике, но физики упорно держатся за Стандартную модель, многие из них ее уже ненавидят и хотят опровержения, которое позволит найти более удобную и красивую теорию о том, как построен мир элементарных частиц. Но пока безуспешно, и открытие бозона Хиггса еще более оттянуло тщательный пересмотр СМ.
Как говорится, ежики плакали и кололись, но продолжали есть кактус. В конце концов, Стандартная модель дает нам глубокое представление о типах материи и сил, более глубокое, чем любая другая физическая теория.
Стандартная модель была разработана в 1970-х годах. Вот вся суть СМ в нескольких предложениях: наша вселенная состоит из 12 различных частиц материи и четырех сил. Среди этих 12 частиц есть шесть кварков и шесть лептонов. Кварки образуют протоны и нейтроны, а члены семьи лептонов включают электрон и электронное нейтрино — его нейтрально заряженный антагонист. Ученые полагают, что лептоны и кварки являются неделимыми: их нельзя разбить на более мелкие частицы. Наряду с этими частицами, Стандартная модель описывает четыре фундаментальных силы: гравитацию, электромагнитое, сильное и слабое взаимодействие.
Как теория, Стандартная модель работает хорошо, несмотря на ее неспособность вписаться в гравитацию. Благодаря этому, физики предсказали существование определенных частиц до того, как те были обнаружены экспериментально. И вот, на горизонте появился бозон Хиггса. Давайте выясним, как эта частица вписывается в Стандартную модель и Вселенную в целом.
Бозон Хиггса: последний элемент головоломки
Некоторые физики описывают бозоны как весы, связанные резинками с частицами материи, которая их порождает. Используя эту аналогию, мы можем представить бозоны, постоянно выстреливающие с помощью резинок и при этом спутывающиеся с другими бозонами в процессе рождения силы.
Ученые считают, что у каждой из четырех фундаментальных сил есть свои специфические бозоны. Электромагнитные поля, например, передают электромагнитную силу материи посредством фотона. Физики думают, что у бозона Хиггса такая же функция, но он будет передавать массу.
Но может ли у материи быть масса без бозона Хиггса? По Стандартной модели — нет. Но физики нашли решение. Что если у всех частиц нет собственной массы, но они получают ее, проходя через определенное поле? Это поле, известное как поле Хиггса, по-разному влияет на разные частицы. Фотоны могут проскользнуть незамеченными, а вот W- и Z-бозоны увязнут в массе. По факту, допущение существования бозона Хиггса говорит о том, что все, что обладает массой, взаимодействует с вездесущим полем Хиггса, которое занимает всю Вселенную. И как в других полях, описываемых Стандартной моделью, хиггсовскому нужна своя частица-переносчик, чтобы влиять на другие частицы. Она получила название бозона Хиггса.
4 июля 2012 года ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, объявили, что открыли частицу, которая ведет себя как бозон Хиггса. Можно выдыхать — подумали физики, но выяснилось, что бозонов, подобных хиггсовскому, может быть несколько, а значит исследования на более высоких уровнях энергии будут продолжаться и продолжаться.
Что примечательно, бозон Хиггса неожиданно оказался прямо-таки провозвестником гибели Вселенной. Сценарий можно найти здесь.
Что такое Бозон Хиггса простыми словами
Представить частицы, их форму и другие свойства корректно нельзя. Ситуация сложнее, чем с электронами, которые со школьных времен для людей выглядят как шарики. Но стоит попробовать понять, что такое Бозон Хиггса, и почему он стал предметом громких дискуссий.
Как произошло открытие Бозона Хиггса
Бозон Хиггса простым языком – самая дорогая частица. Чтобы появилось простейшее представление, стоит разобрать понятие по словам.
Бозон – частицы, переносящие взаимодействие других частиц. Притяжение или отталкивание – результат обмена бозонами. Есть элементы слабого, сильного и электромагнитного взаимодействия. Все частицы, кроме W и Z бозонов не имеют инертной массы. Питер Хиггс открыл существование поля, благодаря которому они обретают это свойство.
Как представить бозон Хиггса
Ученый, который совершил открытие нового бозона Хиггса, сделал наглядное сравнение. Если шарики пенопласта оставить на столе, то самый легкий ветер их снесет или изменит положение. На воде сдуть шарики сложнее. Именно воду, которая сдерживает движение, сравнивают с полем Хиггса.
Поиски частицы
Во время поисков бозона физики предлагали разные варианты. Было два подхода в развитии модели. 2012 год ознаменовался обнаружением первого возможного бозона. Его энергия равнялась 126 ГэВ. Годом позже удалось подтвердить, что частица была действительно найдена на Большом адронном коллайдере. Еще через несколько лет поиски дали результат, были обнаружены бозоны 700 и 250–450 ГэВ.
Частица Бога
Из-за жарких споров о бозонах в упоминаниях появилось название «проклятая/чертова частица». Но в литературе такое сочетание было неуместным, окончательный вариант простонародного названия – «Частица Бога». Ученые дали еще одно шуточное определение – «бозон бутылки шампанского». Это произошло из-за того, что в потенциале комплексного поля Хиггса есть образ донышка бутылки шампанского.
Что будет дальше
Частица Бозон Хиггса – ключевое понятие для понимания взаимодействия темной матери с обычной при помощи гравитации и создания массы. Исследователи полагают, что поле Хиггса – ключ ко многим открытиям. Хотя до его разгадки далеко.
Бозон Хиггса простыми доступными словами – частица, которая переносит взаимодействие между другими частицами и имеет инертную массу. Ее поиски стали ключом к разгадке взаимодействия темной материи. Впервые об открытии упомянули в 2012 году.
Моделирование, показывающее появление бозона Хиггса при столкновении двух протонов
Изображение с сайта ru.wikipedia.org
4glaza.ru
Октябрь 2020
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Все об основах астрономии и «космических» объектах:
Что такое бозон Хиггса?
Конечно, Вы когда-нибудь что-то слышали о бозоне Хиггса. Особенно после 2013 года. И даже возможно знаете, что это некая разновидность частиц, за обнаружение которой Питер Хиггс и Франсуа Энглер получили Нобелевскую премию по физике. Очевидно, что эта частица очень важная птица. Давайте попробуем понять, в чем же заключается ее важность …
Стандартная модель
Для начала поговорим немного о физике элементарных частиц. Если говорить более конкретно — о так называемой Стандартной Модели. Что же это такое? Стандартная Модель — это свод законов физики элементарных частиц в понимании современных ученых. С помощью этой теории мы можем объяснить (почти все) свойства материи и сил, которые существуют вокруг нас. Очень важно знать, что в Стандартной Модели есть две основные категории: фермионы и бозоны.
Вот таким вот образом Стандартная Модель объясняет законы природы, когда мы наблюдаем их вокруг нас.
Поле Хиггса
Одной из загадок физики, до недавнего времени не раскрытой, было понятие массы. Почему существует масса или инерция? Почему количество массы, которую имеет объект, определяет, насколько легко или трудно заставить его начать двигаться или останавливаться? В 60-х годах физик Питер Хиггс предположил, что должно быть какое-то поле, которое покрывает все пространство. И взаимодействует с веществом. Чем больше масса объекта, тем больше он будет взаимодействовать с этим полем. Которое сейчас нам известно как поле Хиггса.
Как и любое другое фундаментальное взаимодействие Вселенной, поле Хиггса по Стандартной Модели должно иметь бозон, который его передает. И именно этот бозон мы имеем в виду, говоря о бозоне Хиггса. Само поле необнаружимо для наших инструментов. Но если мы можем обнаружить соответствующие частицы, мы можем предположить, что оно действительно существует.
И здесь в игру вступает Большой адронный коллайдер. Или БАК. Который стал источников городских легенд и страшилок о неминуемом конце света.
Для чего нужен БАК? Это ускоритель частиц, который преобразует энергию в вещество. Помните знаменитую формулу e = mc2? (Энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света). Ускорение частиц, таких как протоны, на огромных скоростях дает им огромное количество кинетической энергии. В своей нынешней конфигурации БАК способен перемещать протоны со скоростью 0,999999991с. Что всего примерно на 10 км/ч медленнее скорости света.
Синтез частиц
Итак, мы перемещаем два пучка частиц в противоположных направлениях. И заставляем их сталкиваться на скоростях, очень близких к скорости света. Получается гигантское количество энергии, сконцентрированное в крошечном объеме пространства. Поскольку эта энергия должна куда-то уходить, она превращается в материю. Ведь энергия не создается и не разрушается, а только трансформируется. И чем больше энергии мы концентрируем в небольшом объеме пространства, тем массивнее частицы, которые можно создать
В 2013 году после столкновения пучков частиц в БАК на соответствующем энергетическом уровне физики смогли обнаружить присутствие бозона Хиггса. На следы его существования указывало наличие частиц, которые появляются при распаде бозона. Поскольку ожидаемые частицы были обнаружены, ученые признали наличие бозона Хиггса. И, соответственно, существование одноименного поля.
Есть еще загадки
Открытие бозона Хиггса не является ответом на все загадки современной физики. Есть еще темная материя и темная энергия. Космологи считают, что Вселенная состоит на 23% из темной материи, на 73% из темной энергии и на 4% из нормальной барионной материи. То есть материи, состоящей из фермионов и лептонов. Это все, что нас окружает. И что мы можем потрогать руками.
То есть 96% природы Вселенной полностью находится за пределами нашего понимания. Это последнее темное пятно Стандартной Модели. И БАК работает на все более высоких уровнях энергии в поисках других не обнаруженных пока частиц. Мы уже практически стучимся в ворота мироздания, чтобы нам открыли и наконец объяснили, как здесь все работает.
Мы должны знать все!
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Что такое бозон Хиггса и почему ученые хотели его открыть
Многие что-то где-то слышали про бозон Хиггса, а некоторые даже пробовали разобраться в вопросе того, что это такое. В итоге, объяснение данного процесса такое сложное, что понять все это не так легко. Мы просто знаем, что это важно, и все. Хотя иногда даже складывается ощущение, что ученые от нас что-то скрывают, и на самом деле аппаратура на миллиарды долларов, включая Большой адронный коллайдер, просто не нужна. Конечно, это не так, и физики сделали большое открытие (и продолжают делать новые), вот только надо понимать, даст ли это что-то нам с вами. Я имею в виду простых людей, которым интересно прочитать и удивиться, сколько денег потратили на новую лабораторию, но куда интереснее получить от этого какие-то преимущества. Давайте попробуем понять, светит ли нам мир во всем мире и будет в наших домах теплей от обнаружения бозона Хиггса. Да и вообще, что это такое.
В основе основ всегда есть что-то. Вопрос в том, как это найти.
Что такое бозон Хиггса
Прежде, чем рассказывать, чем является одно из самых важных открытий современной физики, надо дать этому определение. Желательно сделать это простым языком, а не так, чтобы его поняли только дипломированные физики. Этим и займемся.
Сделать это совсем просто — не просто. Еще в начале девяностых годов прошлого века в разных научных сообществах даже учреждались премии, которые должны были стимулировать ученых придумывать простые объяснения главной частицы всех теорий. Получалось так себе, но версии были очень разные.
Например, одна из версий абстрактно сравнивала ситуацию с вечеринкой. Приводилась в пример группа людей, которая присутствует на каком-либо мероприятии, куда в какой-то момент заходит известный человек. Для наглядности можно даже сказать знаменитый. В итоге, некоторые люди в помещении начинают перемещаться в его сторону и идут за ним, так как хотят с ним пообщаться.
Во время такого следования толпа может разбиваться на небольшие группы, которые, допустим, будут обсуждать какие-то новости или сплетни. Постепенно они начнут передавать сплетню друг другу и начнут образовывать уплотнения.
В этом объяснении помещение является полем Хиггса, знаменитость является частицей, движущейся в поле, а группы людей будут представлять из себя возмущения этого поля. Ничего не понятно? Согласен! Но ведь это одно из самых простых объяснений. Если вы можете более просто объяснить, что такое бозон Хиггса, расскажите об этом в нашем Telegram-чате. Может у вас получится.
Где-то тут должна ходить знаменитость и тогда мы поймем, что такое бозон Хиггса. Или нет…
Существует ли бозон Хиггса
Бозон Хиггса является фундаментальной частицей Стандартной модели. До недавнего времени найти ее было невозможно. При этом существование такой частицы физики предсказывали еще в шестидесятые годы прошлого века. У них не было оборудования, которое позволяло бы доказать существование таких частиц, и им нужен был инструмент, который создали только существенно позже. Произошло это в 2008 году, когда в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований) появился Большой адронный коллайдер.
Стандартная модель является теоретической конструкцией, применяемой в физике элементарных частиц. Она описывает электромагнитное взаимодействие всех элементарных частиц (слабое и сильное). Стандартная модель не описывает некоторые стороны физики, например, темную материю. Именно поэтому ее нельзя называть теорией всего. Картинка стандартной модели ”полностью сложилась”, когда открыли бозон Хиггса.
Почему бозон Хиггса называют ”частицей Бога”
С 2008 год ученые подкованы поисках ”Частицы Бога” (одно из названий бозона Хиггса). Так ее называют по предложению Леона Ледермана, который был нобелевским лауреатом и выпустил книгу с заголовком, начинающимся с этих слов. Хотя самому ученому больше по душе было название ”Проклятая частица”, но оно как-то не прижилось.
Благодаря этому американскому ученому бозон Хиггса стали называть именно так.
Как говорится, ”хоть чертом лысым назови”, но частицу в итоге нашли и произошло это в 2012 году. Помог в обнаружении как раз тот самый Большой адронный коллайдер. При этом после обнаружения ученые сообщили об этом, но не торопились делать поспешных выводов и выступали очень осторожно. В первые дни после эксперимента ученые говорили, что они только нашли элементарную частицу, похожую на бозон Хиггса.
Что даст обнаружение частицы Бога
Немного абсурдный пример. Какое-нибудь насекомое живет под землей и никогда не вылезает на поверхность, но догадывается, что небо синее (вот такое умное насекомое). Потом оно видит синий цвет и понимает, какое на самом деле небо, и что оно было право. Вот только изменит ли это что-то с точки зрения самого неба? Конечно, нет. Оно как было синим, так и осталось, а насекомое, как жило под землей, так и продолжило там жить.
Почему наша Вселенная такая странная и существуют ли законы физики?
Примерно так же дела обстоят и с бозоном Хиггса. Он не позволит начать нам путешествовать во времени, не поспособствует созданию вечного двигателя и не станет основной лекарства от всех болезней. По сути его обнаружение просто подтвердило предполагаемые принципы взаимодействия частиц и свело воедино все утверждения Стандартной теории. Возможно, из-за его появления вопросов в других областях физики, наоборот, станет только больше.
Визуализаций поиска бозона Хиггса очень много.
Где можно применить бозон Хиггса
На практике применение бозона Хиггса пока невозможно, да и не понятно, где его применять. Зато он важен для фундаментальной физики. Ну, хотя бы он не привел к концу света, о котором говорили многие скептики. Были даже теории о том, что столкновение частиц в Большом адронном коллайдера может породить черную дыру, которая поглотит всю нашу Солнечную систему. А Дэн Браун в своей известной книге ”Ангелы и демоны” сделал основной сюжета охоту за антивеществом, которое злоумышленники похитили в ЦЕРН.
В итоге у нас (у человечества) есть бозон Хиггса и Большой адронный коллайдер в центре Европы, стоимость строительства которого превысила 10 миллиардов долларов. Практической пользы для простых людей чуть меньше, чем нет совсем, но звучит вся эта история интересно. Ну, хоть физики довольны — может найдут применение своей находке.
uCrazy.ru
Навигация
ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ
ОПРОС
СЕЙЧАС НА САЙТЕ
КАЛЕНДАРЬ
Сегодня день рождения
Рекомендуем
Бозон Хиггса или частица Бога: почему он так важен?
Квант поля Хиггса – самая известная в обществе элементарная частица в физике. В 2012 году новость об её открытии подобно бомбе взорвала всё информационное пространство. Однако читая сложные термины, мало кто понимает, чем полезен прославленный бозон. В чём суть открытия и почему это так важно для описания Вселенной?
У всей окружающей нас материи есть масса – не имеющая направления величина, определяющая базовые свойства объекта.
Материя состоит из атомов. Это значит, что масса тела определяется суммой его атомов. Они, в свою очередь, состоят из элементарных частиц. Выходит, у них тоже должна быть масса.
Однако физика элементарных частиц несколько сложнее. Одни частицы, например, протоны, нейтроны и электроны, массу имеют. Другие же, фотоны, глюоны, бозоны – массой не обладают.
Почему у одних частиц есть масса, а других нет?
Считается, 14 миллиардов лет назад, когда Вселенная только зарождалась, массы не было у всех частиц вообще. Соответственно, не было материи.
Однако в определенный момент произошел хигговский механизм нарушения электрослабой симметрии, и некоторые частицы обзавелись массой – мерой инертности или способностью тела мешать своему ускорению.
Наглядно хигговский механизм представляют следующим образом: рассыпают по столу пенопластовые шарики – аналог безмассовых частиц. Они разлетаются во все стороны даже от слабого дуновения ветра.
Но если высыпать пенопласт на поверхность воды, то жидкость затруднит движение шариков. Жидкость – это аналог Хиггcовского поля. Бозон Хиггса – это пенопластовый шарик, который обрел массу, оказавшись в воде.
О каком нарушении симметрии здесь говорят?
Современной науке известно 4 вида фундаментальных взаимодействий частиц: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Их переносчиками являются безмассовые частицы – бозоны, фотоны, глюоны. Пока они без массы, всё вокруг находится в условной симметрии.
Однако в результате хиггсовского механизма группа частиц – бозоны, массу приобретают, а фотоны по-прежнему остаются безмассовыми. Так нарушается симметрия.
Почему бозон Хиггса так важен?
В широком смысле, эта теория объясняет, как зарождалась Вселенная и вся окружающая нас материя. Механизм был открыт еще в 1964 году британским физиком Питером Хиггсом. Однако подтвердить его существование было невозможно. Ученый просто предположил, что так должно быть.
До 2012 года ученые всего мира трудились, чтобы воспроизвести механизм на практике и подтвердить или опровергнуть теорию. Для этого им нужно было увидеть инертный бозон вживую. Помог в этом Большой адронный коллайдер.
Таким образом, открытие бозона официально закрыло все вопросы о том, как зарождалось мироздание.
Забавно, что изначально бозон назвали «чёртовым» – по-английски «goddamn». Так физики дали миру понять, как сильно они устали, пока искали эту частицу. Однако редакторы посчитали термин не политкорректным и сократили слово до «god» – божественный. Так бозон Хиггса превратился в «частицу Бога».