Википедија

Хигсов бозон

Хигсов бозон или Хигсова честичка — елементарна честичка под теоретско разгледување уште од 1964 г., а откриена во CERN на 4 јули 2012 г.[6] Неговото откривање се смета за „монументално“[7][8] бидејќи со него се потврдува постоењето на Хигсовото поле,[9][10] кое е од суштинско значење за стандардниот модел и другите теории во честичната физика.

Хисгов бозон
Можни настани од судирањето на протони во Големиот хадронски судирач што го имаат дадено Хигсовиот бозон
Составелементарна честичка
Статистикабозонска
СтатусХигсов бозон со маса ~125 GeV провизорно потврден во CERN на 14 март 2013 г,[1][2][3] иако засега е нејасно кој модел на четичката најдобро го опишува или пак дали постојат повеќе разни Хигсови бозони.[2]
СимболH0
ПредвиденнаР. Браут, Ф. Енглер, П. Хигс, Џ.С. Гуралник, К.Р. Хаген, и Т.В.Б. Кибл (1964)
Откриенапостоењето на претходно непознат бозон потврдено на 4 јули 2012 г. од екипите на ATLAS и CMS; прозизорно потврдено дека се работи за некаков Хигсов бозон на 14 нарт 2013 г.
Маса125.3 ± 0.4 (stat) ± 0.5 (sys) GeV/c2,[4] 126.0 ± 0.4 (stat) ± 0.4 (sys) GeV/c2[5]
Среден живот1,56⋅10-22 s (предвидено според стандардниот модел)
Се распаѓа на(забележан) W и Z бозони, два фотона. (останатите сè уште се проучуваат)
Ел. полнеж0
Боен полнеж0
Спин0 (провизорно потврдено при 125 GeV)[1]
Парност+1 (провизорно потврдено при 125 GeV)[1]

Експерименталното откривање на Хигсовиот бозон е на пат да го образложи постанокот на масата во универзумот. Со хигсовиот бозон би се објаснила и разликата помеѓу безмасниот фотон, кој посредува електромагнетизам, и масните W и Z бозони, кои го посредуваат слабото заемодејство. Ако постои Хигсовиот бозон, тоа значи дека тој е составна и сеприсутна компонента на материјалниот свет.

Големиот хадронски судирач (ГХС) во ЦЕРН, кој е пуштен во полн погон на 20 ноември 2009[11], се очекува да даде експериментални докази за постоењето или непостоењето на Хигсовиот бозон. Експериментите во Фермилаб исто така продолжуваат со обидите да ја пронајдат оваа честичка, но за жал се соочуваат со потешкотии бидејќи нивниот забрзувач Теватрон не може да произведе многу висока енергија. Речено е дека шансите Фермилаб да го пронајде Хигсовиот бозон изнесуваат помеѓу 50% и 96%, зависно од неговата маса.[12]

Потекло

уреди

Хигсовиот механизам, кој им дава маса на векторските бозони, за првпат е опишан во 1964 во теориите на Франсоа Англер и Роберт Браут (boson scalaire);[13] во октомври истата година е опишан од Питер Хигс,[14] разработувајќи ги идеите на Филип Андерсон; и независно од Џералд Гуралник, К. Р. Хаген и Т. В. Б. Кибл,[15] кои ги пресметале резултатите пролетта 1963 г.[16] Трите труда напишани за ова откритие од Гуралник, Хаген, Кибл, Хигс, Браут и Англер биле прогласени од журналот „Physical Review Letters“ како епохални научни трудови.[17] Иако секој од овие три труда има сличен пристап, придонесите и разликите помеѓу нив се прилично значајни. Овие шест физичари во 2010 г. ја добиле Сакураевата награда за теоретска честична физика за нивните дела.[18] Стивен Вајнберг и Абдус Салам биле првите што го примениле Хигсовиот механизам во нарушувањето на електрослабата симетрија. Електрослабата теорија го предвидува постоењето на неутрална честичка чија маса е приближна на онаа на W и Z бозоните.

Теоретски преглед

уреди
 
Фајнманов дијаграм на прворедна исправка на Хигсовата маса (со една јамка). Хигсовиот бозон силно се спарува со врвниот кварк за да може да се разложи на парови од врвен и анти-врвен кварк.

Хигсовиот бозон е еден составен дел од теоретското Хигсово поле. Во празниот простор Хигсовото поле има амплитуда различна од нула; т.е. ненулта вакуумска очекувана вредност (кондензат). Очекуваното постоење на овој непразен вакуум игра фундаментална улога: тоа ѝ дава маса на секоја елементарна честичка што има маса, вклучувајќи го и самиот Хигсов бозон. Од особена важност е тоа што добивањето на вакуумска очекувана вредност спонтано ја нарушува електрослабата баждарна симетрија, која научниците честопати ја нарекуваат Хигсов механизам. Ова е наједноставниот механизам што може да им даде маса на баждарните бозони, истовремено придржувајќи сè до баждарните теории. Ова поле во суштина е аналогно на базен со мед кој „се фаќа“ за инаку безмасните фундаментални честички како што поминуваат преку полето („базенот“), претворајќи ги во честички со маса и облик, на пример во делови од атомот. Проф Дејвид Џ. Милер од Универзитетскиот колеџ во Лондон има дадено просто објаснување за Хигсовиот бозон ([1]) и има добиено награда за тој јасен и луциден опис на оваа сложена теорија.

Во стандардниот модел, Хигосово поле се состои од две неутрални полиња и две полиња под набој. Обете полиња под набој и едното неутрално поле се Голдстонови бозони, кои делуваат како надолжни третополаризациски компоненти на масните W+, W– и Z бозони. Квантот на преостанатата неутрална компонента соодветствува на масниот Хигсов бозон. Бидејќи Хигсовото поле е скаларно поле, Хигсовиот бозон нема спин, и затоа нема свој момент на импулс (аголна сила). Хигсовиот бозон исто така е античестичка самиот на себе и е CP-парен.

Стандардниот модел не ја предвидува масата на Хигсовиот бозон. Ако таа маса изнесува помеѓу 115 и 180 GeV/c2, тогаш стандардниот модел може да важи за сите енергетски скали сè до Планковата скала (1016 TeV). Многу теоретичари очекуваат да се појави физика вон Стандарниот модел на TeV-скалата, на основа на незадоволителните својства стандарниот модел. Највисоката можна дозволена скала за масата на Хигсовиот бозон (или некој друг механизам на нарушување на електрослабата симетрија) изнесува 1.4 TeV; над оваа точка стандардниот модел станува недоследен без ваков механизам бидејќи во извесни проецеси на распрснување се нарушува унитарноста. Многу модели на суперсиметријата предвидуваат дека најлесниот Хигсов бозон (или неколку такви) ќе има маса само малку над сегашните експериментални граници, околу 120 GeV или помалку.

Суперсиметричните дополнување на стандарндиот модел (т.н. SUSY) предвидуваат постоење на цели семејства на Хигсови бозони, наспроти само една Хигсова честичка според стандардниот модел. Од сите SUSY модели, Минималното суперсиметрично дополнување (MSSM) Хигсовиот механизам дава најмал број на Хигсови бозони: постојат два Хигсови дублета, што води до постоењето на квинтет од скаларни честички: два CP-парни неутрални Хигсови бозони h и H, еден CP-непарен неутраен Хигсов бозон A, и две Хигсови честички H± под набој.

Експериментална потрага

уреди
 
Фајнманов дијаграм на еден можен начин на добивање на Хигсовиот бозон со Големиот хадронски судирач. Тука два глуона се разградуваат во врвен/антиврвен пар, кои потоа се соединуваат и образуваат неутрален Хигс.
 
Фајнманов дијаграм на друг потенцијален начин на добивање на Хигсовиот бозон со Големиот хадронски судирач. Тука секој од двата кварка оддава W или Z бозон, кои потоа се соединуваат и образуваат неутрален Хигс.

Досега (јан. 2010) Хигсовиот бозон не е пронајден по експериментален пат, и покрај големиот труд вложен во опитите со забрзувачи во ЦЕРН и Фермилаб. Насобраните податоци од Големиот електрон-позитронски судирач во ЦЕРН дозволуваат пониска експериментална граница за масата на Хигсовиот бозон според стандардниот модел од досегашната 114,4 GeV/c2 со ниво на увереност од 95%. Истиот опит има предизвикано мал број на случувања што можат да се протолкуваат како резултат од присуството на Хигсови бозони со маса малку над споменатата крајна граница од 115 GeV, но бројот на случувањата не недоволен за да може да се дојде до заклучок.[19] Големиот електрон-позитронски судирач е затворен во 2000 г. заради изградбата на неговиот наследник Големиот хадронски судирач (ГХС). Големиот хадронски судирач започнал со вршење на правилни опити при крајот на 2009 г. по поправката на нефункционалните магнети при првичното баждарење, и се очекува да го потврди или отфрли постоењето на Хигсовиот бозон.[20][21]

Во Фермилаб потрагата по Хигсовиот бозон и понатаму продолжува. Според збирните податоци од експериментите CDF и DØ во Теватронот се доволни за да го исклучат Хигсовиот бозон од опсегот помеѓу 160 GeV/c2 и 170 GeV/c2 со увереност од 95%.[22] Научниците продолжуваат да собираат податоци со цел да се покачи долната граница на овој опсег.

Се смета дека е можно индиректно да се процени масата на Хигсовиот бозон. Во стандардниот модел, Хигсот има ред нус-ефекти; за најважен се смета Хиговите јамки резултираат во мали исправки на W и Z масите. За порпиближна проценка на масата на Хигсовиот бозон може да се користат прецизни мерења на електрослаби параметри, како Фермиевата константа и на масите на W/Z бозоните. Досега мерењата покажуваат дека масата на Хигсовиот бозон според стандардниот модел не може да е повисока од 285 GeV/c2 со увереност од 95%, и ја проценуваат масата на Хигсовиот бозон на 129+74
−49 GeV/c2 (околу 138 протонски маси).[23] Електрослабите мерења ја исклучуват можноста масата да биде повисока од 186 GeV со 95% увереност. Меѓутоа треба да се има на ум дека овие ограничувања се водат по претпоставката дека стандардниот модел е точен. Хигсовиот бозон може да се пронајде и над 186 GeV ако се јави заедно со други честички помеѓу стандардниот модел и GUT-скалата.

Начелно, Хигсовата честичка не се очекува да е поврзана со темната материја бидејќи (i) Хигсовото поле директно не содејствува со светлосните квантови (т.е. фотоните), додека пак сепак едновремено (ii) создава маса.

Алтернативи за нарушувањето на електрослабата симетрија

уреди

Предложени се и неколку алтернативи на Хигсовиот механизам. Сите овие алтернативни механизми користат силно-заемодејствителна механика за добивање на вакуумската очекувана вредност коа ја нарушува електрослабата симетрија. Еве делумен список на алтернативните механизми:

  • Техниколор[24] е класа на модели што се обидуваат да ја имитираат динамиката на силното заемодејство како начин на нарушување на електрослабата симетрија.
  • Вондимензионални безхигсови модели, каде улогата на Хигсово поле ја игра петта компонента на баждарното поле.[25]
  • Абот-Фархиеви модели на мешовити W и Z векторски бозони.[26]

Поврзано

уреди

Белешки

уреди
  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 O'Luanaigh, C. (14 март 2013). „New results indicate that new particle is a Higgs boson“. CERN. Посетено на 2013-10-09.
  2. ↑ 2,0 2,1 Bryner, J. (14 March 2013). „Particle confirmed as Higgs boson“. NBC News. Посетено на 2013-03-14.
  3. ↑ Heilprin, J. (14 March 2013). „Higgs Boson Discovery Confirmed After Physicists Review Large Hadron Collider Data at CERN“. The Huffington Post. Посетено на 2013-03-14.
  4. ↑ CMS collaboration (2012). „Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC“. Physics Letters B. 716 (1): 30–61. arXiv:1207.7235. Bibcode:2012PhLB..716...30C. doi:10.1016/j.physletb.2012.08.021.
  5. ↑ ATLAS collaboration (2012). „Observation of a New Particle in the Search for the Standard Model Higgs Boson with the ATLAS Detector at the LHC“. Physics Letters B. 716 (1): 1–29. arXiv:1207.7214. Bibcode:2012PhLB..716....1A. doi:10.1016/j.physletb.2012.08.020.
  6. ↑ Adrian Cho (13 July 2012). „Higgs Boson Makes Its Debut After Decades-Long Search“. Science. 337 (6091): 141–143. doi:10.1126/science.337.6091.141. PMID 22798574.
  7. ↑ „Q&A: Prof. Jonas Mureika on the Higgs Boson“. The Buzz. Loyola Marymount University. 7 August 2012. Архивирано од изворникот на 2013-01-21. Посетено на 2012-12-09. It's certainly a monumental milestone for physics.
  8. ↑ Siegfried, T. (20 July 2012). „Higgs Hysteria“. Science News. Посетено на 2012-12-09. In terms usually reserved for athletic achievements, news reports described the finding as a monumental milestone in the history of science.
  9. ↑ Onyisi, P. (23 October 2012). „Higgs boson FAQ“. University of Texas ATLAS group. Посетено на 2013-01-08. The Higgs field is extremely important in particle physics.
  10. ↑ Strassler, M. (12 October 2012). „The Higgs FAQ 2.0“. ProfMattStrassler.com. Посетено на 2013-01-08. [Q] Why do particle physicists care so much about the Higgs particle?
    [A] Well, actually, they don’t. What they really care about is the Higgs field, because it is so important. [emphasis in original]
  11. ↑ http://www.cnn.com/2009/TECH/11/11/lhc.large.hadron.collider.beam/index.html
  12. ↑ „Race for 'God particle' heats up“. BBC News. 2009-02-17. Посетено на 2010-01-05.
  13. ↑ Англер, Франсоа; Браут, Роберт (1964), „Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons“, Physical Review Letters, 13 (9): 321–23, doi:10.1103/PhysRevLett.13.321
  14. ↑ Хигс, Питер (1964), „Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons“, Physical Review Letters, 13 (16): 508–509, doi:10.1103/PhysRevLett.13.508
  15. ↑ Гуралник, Џералд; Хаген, Карл Ричард; Кибл, Том (1964), „Global Conservation Laws and Massless Particles“, Physical Review Letters, 13 (20): 585–587, doi:10.1103/PhysRevLett.13.585
  16. ↑ Guralnik, Gerald S. (2009), „The History of the Guralnik, Hagen and Kibble development of the Theory of Spontaneous Symmetry Breaking and Gauge Particles“, International Journal of Modern Physics, A24 (14): 2601–2627, arXiv:0907.3466, doi:10.1142/S0217751X09045431
  17. ↑ Physical Review Letters - 50th Anniversary Milestone Papers, 2014-02-12
  18. ↑ American Physical Society - J. J. Sakurai Prize Winners
  19. ↑ W.-M. Yao и др. (2006). Searches for Higgs Bosons „Review of Particle Physics“ Проверете ја вредноста |url= (help). Journal of Physics G. 33: 1. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001.
  20. ↑ „CERN management confirms new LHC restart schedule“. ЦЕРН Press Office. 9 февруари 2009. Архивирано од изворникот на 2009-02-18. Посетено на 2009-02-10.
  21. ↑ „CERN reports on progress towards LHC restart“. ЦЕРН Press Office. 19 јуни 2009. Архивирано од изворникот на 2009-08-02. Посетено на 2009-07-21.
  22. ↑ "Fermilab experiments constrain Higgs mass". Соопштение за печат.
  23. ↑ "H0 Indirect Mass Limits from Electroweak Analysis.[мртва врска]"
  24. ↑ S. Dimopoulos and Leonard Susskind (1979). „Mass Without Scalars“. Nuclear Physics B. 155: 237–252. doi:10.1016/0550-3213(79)90364-X.
  25. ↑ C. Csaki and C. Grojean and L. Pilo and J. Terning (2004). „Towards a realistic model of Higgsless electroweak symmetry breaking“. Physical Review Letters. 92: 101802. doi:10.1103/PhysRevLett.92.101802. arXiv:hep-ph/0308038.
  26. ↑ L. F. Abbott and E. Farhi (1981). „Are the Weak Interactions Strong?“. Physics Letters B. 101: 69. doi:10.1016/0370-2693(81)90492-5.

Наводи

уреди

Литература

уреди

Надворешни врски

уреди

Македонски

уреди

Англиски

уреди
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Хигсов_бозон&oldid=5298651“