"Boson Higgsa jest otwarty, a co dalej?"

„Boson Higgsa jest otwarty, a co dalej?”

Valery Rubakov, Boris Shtern
"Opcja Trójcy" №12 (256), 19 czerwca 2018

Valery Rubakov

W dniu 7 czerwca 2018 r. W centrum kulturalno-oświatowym "Arkh" odbył się wykład akademicki Rosyjskiej Akademii Nauk Valery'ego Rubakova o bozonie Higgsa i badaniach, które odbywają się obecnie w BAK. Za uprzejmą zgodą wydawcy "Arkhe" autoryzowanego w. A. Rubakov prezentacja przygotowanego wykładu Autorzy Boris Stern.

Odkrycie bozonu Higgsa zgłoszono 4 lipca 2012 r. Na seminarium w CERN. Mówiono raczej ostrożnie: odkryto nową cząstkę i jej właściwości są zgodne z przewidywanymi właściwościami bozonów Higgsa. W kolejnych latach stopniowo byliśmy coraz bardziej przekonani, że nieruchomości są dokładnie tym, na co przewidywali teoretycy, a ponadto w najbardziej naiwnym modelu. Najważniejsze jest to, że, jak twierdzą teoretycy, nie jest to tylko nowa cząstka, ale przedstawiciel nowego sektora cząstek elementarnych – sektora Higgsa.

Ryc. 1. Cząstki "ZOO" Model standardowy

Pozwolę sobie przypomnieć o głównych punktach Modelu Standardowego. Całe "zoo" jego cząstek mieści się na jednym slajdzie. Protony, neutrony, mezony π są cząstkami złożonymi. Elementarne cząsteczki to nie tak dużo.Jest to rodzina leptonów, rodzina kwarków, które tworzą sektor fermionów. Drugi sektor to cząstki odpowiedzialne za ich interakcje: fotony, bozon W i Z, gluony i grawitony. Bozony wchodzą w interakcje nie tylko z fermionami, ale także ze sobą nawzajem. Najbardziej znanym z tych cząstek jest foton.

Najciekawsze w ich przejawach są gluony, to one wiążą kwarki w protonie, więc nie da się ich rozdzielić. Bozony W i Z są podobne do swojej roli względem fotonu, ale są masywne i odpowiadają za słabe interakcje, które są podobne do elektromagnetycznych, chociaż wyglądają inaczej. Wciąż musi być cząstka grawitonu. W końcu fale grawitacyjne są już otwarte i tam, gdzie występują fale, muszą istnieć cząstki. Inną rzeczą jest to, że najwyraźniej nigdy nie będziemy w stanie odbierać i rejestrować grawitonów jeden po drugim.

I wreszcie bozon Higgsa, który jest oddzielnym sektorem na naszej zjeżdżalni. Jest to kolejna cząstka, która występuje samodzielnie w całym "zoo", składająca się z niewielkiej liczby różnych gatunków.

Czym jest bozon Higgsa?

Na początek: czym jest bozon? Każda cząstka, podobnie jak szczyt, ma wewnętrzny moment obrotowy lub spin (jest to zjawisko kwantowo-mechaniczne).Zdarza się cały i pół-całkowity spin w jednostkach stałej Plancka. Cząstki ze spinem 1/2 lub 3/2 (każdy spin o połowie całkowitym) są nazywane fermionami. W bozonach spin jest nienaruszony, co prowadzi do fundamentalnych różnic we właściwościach tych cząstek (bozonów lubią gromadzić się w tym samym stanie kwantowo-mechanicznym, jak fotony w falach radiowych, fermiony, wręcz przeciwnie, unikają tego, z powodu którego elektrony wypełniają różne powłoki atomowe. Ed.). Tak więc, bozon Higgsa ma spin o wartości 0 (który jest także liczbą całkowitą).

Bozon Higgsa to ciężka cząstka. Jego masa wynosi 125 GeV (dla porównania: masa protonu jest rzędu 1 GeV, masa najcięższej cząstki, t-kwark, wynosi 172 GeV). Bozon Higgsa jest neutralny elektrycznie.

Nowe cząsteczki odkrywane są na akceleratorach, rodzą się w zderzeniach cząstek, w tym przypadku w zderzeniach protonów. Następnie zarejestruj produkty rozpadu żądanej cząstki. Bozon Higgsa rozpada się średnio w 10-22 c. W przypadku ciężkich cząstek nie jest to bardzo krótki czas – na przykład górny kwark żyje 500 razy mniej.

A bozon Higgsa ma wiele różnych sposobów rozpadu. Jeden z "złotych kanałów" rozpadu – rozpadu na dwa fotony – jest dość rzadki: w ten sposób bozon Higgsa rozpada się w dwóch przypadkach na tysiąc.Ale ta ścieżka jest niezwykła, ponieważ oba fotony są wysokoenergetyczne. W układzie reszty bozonu Higgsa każdy z fotonów ma energię 62,5 GeV, czyli dużo energii. Te fotony są wyraźnie widoczne, można zmierzyć kierunek ich ruchu, energię. Jeszcze lepszy kanał zaniku – rozpad na cztery leptony: na dwie pary e+ i ena e+, e i μ+, µ lub cztery miony. Okazuje się, że cztery wysokoenergetyczne naładowane cząstki, które są również wyraźnie widoczne, mogą mierzyć energię i kierunek odjazdu.

Jak dowiedzieć się, co dokładnie widzimy, rozpadu bozonu Higgsa? Załóżmy, że zarejestrowaliśmy dwa fotony. W tym samym czasie istnieje wiele innych procesów prowadzących do narodzin dwóch fotonów. Ale jeśli fotony pochodzą z rozpadu pewnej cząstki, wówczas możliwe jest określenie ich masy przez nie. Aby to zrobić, konieczne jest obliczenie energii dwóch fotonów w układzie odniesienia, gdzie latają w przeciwnych kierunkach z tą samą energią – w środku układu masy. W naszej ramce odniesienia jest to dobrze zdefiniowana kombinacja energii fotonów i kąta rozproszenia między nimi. Nazywa się niezmienną masą układu cząstek. Jeśli fotony są produktami rozpadu bozonu Higgsa, ich niezmienna masa musi być równa masie bozonów z dokładnością błędów pomiaru.To samo, jeśli bozon opadł na cztery cząstki.

Ryc. 2 Rozkład zdarzeń przez niezmienną masę dwóch fotonów zarejestrowanych przez instalację CMS. Gałka ma gładką krzywą i jest bozon Higgsa

Na rys. 2 pokazuje rozkład zdarzeń przez niezmienną masę dwóch fotonów. Ten ostatni jest nanoszony wzdłuż osi poziomej, a wzdłuż osi pionowej wykreśla się liczbę zdarzeń. Istnieje ciągłe tło, a w regionie o niezmiennej masie 125 GeV występuje "błysk". Być może będziesz się śmiać, ale ten "klaps" to bozon Higgsa. Podobny pik pojawia się w niezmiennej masie czterech leptonów (np+, e, µ+, µ), którą również dzieli. Tylko tak się dzieje w jednym z dziesięciu tysięcy rozpadów. Oznacza to, że konieczne jest wygenerowanie miliona bozonów Higgsa w celu zgromadzenia stu rozpadów na dwie pary leptonów. I stało się.

Możliwe jest zmierzenie energii i kierunku emisji (stąd pędu) naładowanego elektronu lub mionu z dużo większą dokładnością niż w przypadku fotonu. W tym celu detektor ma silne pole magnetyczne: krzywizna trajektorii naładowanej cząstki w polu magnetycznym umożliwia określenie jej pędu (jak również znaku ładunku).Ponadto izolowane leptony wysokoenergetyczne rodzą się niewiele, a tym bardziej, że liczba czterokrotnych izolowanych leptonów (izolowanych, to znaczy poza strumieniem hadronowym) jest niewielka. Zatem tło dla rozpadu na cztery leptony jest małe.

Na koniec naukowcy z LHC wybrali zdarzenia, w których niezmienna masa jednej pary leptonów o przeciwnym znaku jest równa masie bozonu Z (Higgs rozpada się na rzeczywistą Z i wirtualną Z), która jeszcze silniej waży na tle. Ale rozpad na cztery leptony faktycznie nie jest lepszy od rozpadu na dwa fotony, ponieważ prawdopodobieństwo zaniku na dwa fotony jest znacznie wyższe, błędy w jego pomiarze są kompensowane przez więcej statystyk.

Dlaczego bozon Higgsa został odkryty dopiero niedawno

Są dwie okoliczności. Po pierwsze, pożądana cząstka jest ciężka. Potrzebujesz więc akceleratora dla wysokiej energii. Po drugie, konieczne jest uzyskanie dużej intensywności wiązki, aby liczba kolizji była wystarczająca. Fizycy używają słowa "jasność", które odzwierciedla liczbę kolizji na jednostkę czasu. Musisz mieć dużo kolizji.

Wszystko wydawało się normalne z energią, ponieważ przed Wielkim Zderzaczem Hadronów działał Tevatron – zderzacz w USA. Miał całkowitą energię 2 TeV.Wygląda nieźle, bo bozon Higgsa ma 125 GeV. W zasadzie pod względem energii Tevatron może wytworzyć bozonony Higgsa. Ale miał niedostateczną jasność. Nie miał wystarczająco bozonów Higgsa.

Kilka słów o BAC

Wielki Zderzacz Hadronów to struktura niezwykła pod każdym względem. Jest to nadprzewodzący napęd akceleratora, znajdujący się pod ziemią. Długość jego pierścienia wynosi 27 km, a cały pierścień składa się z magnesów, które trzymają protony w tym pierścieniu, magnesy nadprzewodzące. W tym czasie, kiedy zbudowano BAC, było to ostatnie osiągnięcie technologiczne. Teraz są całkiem udane próby uzyskania silniejszego pola magnetycznego w magnesach. Ale w tym czasie było to najbardziej. Ogólnie rzecz biorąc, wszystko, co się tam robi, to szczyt nowoczesnej technologii, na samym skraju ludzkich możliwości.

Najpierw protony LHC przyspieszały protony do całkowitej energii 7 TeV, a następnie – 8 TeV. Każdy proton, zderzając się, miał energię 4 TeV. Po rozpoczęciu stabilnej pracy w 2010 r. Przy energii 7 TeV, w 2011 r. UAC przełączył się na energię 8 TeV, a jej przewidywana energia wynosi 14 TeV. Teraz, z przebiegłych technicznych powodów, do 14 TeV jeszcze się nie osiągnęło; od 2015 r. akcelerator pracuje przy całkowitej energii 13 TeV.Jego jasność jest bardzo wysoka według wszystkich standardów, oczywiście specjaliści z CERN-u są świetnymi mistrzami. A rzeczywiste zderzenia cząstek występują w czterech miejscach, interesują nas dwa z nich, gdzie znajdują się detektory ATLAS i CMS. Coś takiego wygląda jak CMS – kompaktowy solenoid mionowy (ryc. 4).

Ryc. 3 ATLAS (zdjęcie z cds.cern.ch) Ryc. 4 Kompaktowy solenoid mionowy (CMS z angielskiego, Compact Muon Solenoid)

Najbardziej ekstremalna jest komora mionowa, która pozwala rejestrować i mierzyć parametry mionów przelatujących przez cały detektor, migając przez niego. Wszystko to jest zamknięte w polu magnetycznym, aby zmierzyć jego pęd za pomocą krzywizny ruchu cząstki.

ATLAS – jeszcze więcej. To taki wielopiętrowy dom, całkowicie zapchany sprzętem.

Detektory te mierzą energie, impulsy, kierunki ruchu cząstek, określają, czy jest to elektron, foton, mion lub silnie oddziałujące cząstki, takie jak proton lub neutron, z których wszystkie mają swoje sygnatury.

Osobna interesująca historia związana jest ze sposobem organizacji grup fizyków – kolaboracjami, które są zaangażowane w tę sprawę. Oczywiste jest, że aby stworzyć tak gigantyczną maszynę, tworzyć i utrzymywać, usuwać i przetwarzać dane, upewnić się, że nic nie jest zepsute, szukać różnych wydarzeń i ciekawych zjawisk, potrzebujemy dużych zespołów.Zbierają się na całym świecie. Charakterystyczną postacią jest 3,5 tysiąca fizyków w każdej współpracy, w ATLAS i CMS. Grupy te są międzynarodowe: oprócz europejskich specjalistów z Ameryki, Japonii, Chin, Rosji itd. Całkowita liczba instytucji wynosi około 200; 150-200 w każdej ze współpracy. To wspaniałe, że jest to system samoorganizujący się. Jest to system zorganizowany "od dołu", byli ich "ojcowie założyciele", którzy w latach 90. stopniowo zwracali się do zainteresowanych fizyków. Duża liczba ludzi zebrała się, ale nie ma przywódców, z wyjątkiem wybranych, wszyscy są podzieleni na grupy, podgrupy, które są odpowiedzialne za każde z nich, wszystko jest ułożone. Pomimo tego, że są ludźmi różnych kultur, wszystko działa. Nie kłóćcie się, nie gryźli się nawzajem.

Trzeba powiedzieć, że Rosja może być dumna i dumna, że ​​uczestniczymy we wszystkich tych działaniach. W CERN i jego okolicach wszyscy doskonale rozumieją i podkreślają: wkład Rosji jest dość poważny i poważny. Zauważalna część akceleratora została wykonana w Nowosybirsku. Znaczna część elementów detektora została również wykonana u nas. A nasi uczestnicy to wielu, z różnych miast, różnych instytucji.W przybliżeniu pod względem pieniądza, zasobów i ludzi Rosja stanowi 5-7% detektorów CERN (w zależności od konkretnego detektora). Co jest normalne w naszym kraju.

Dlaczego potrzebujemy bozon Higgsa?

Przejdźmy do części teoretycznej, może trochę nudnej i ponurej, ale wydaje mi się, że warto zrozumieć i wyjaśnić, przynajmniej jakościowo, dlaczego to Engler, Braut i Higgs nagle uznali, że powinna powstać nowa cząstka. Dokładniej, Higgs zdecydował, że powinna powstać nowa cząstka, a Engler i Braut wymyślili pole bozonowe.

Przede wszystkim musimy pamiętać, że każda cząstka jest powiązana z polem. Cząstka jest zawsze kwantem pewnego pola. Jest pole elektromagnetyczne, fale elektromagnetyczne, a foton – kwant pola elektromagnetycznego jest z nimi związany. Tutaj także: bozon Higgsa jest kwantem pewnego pola. Możesz zapytać: dlaczego potrzebujemy nowego pola? Engler i Braut zdali sobie z tego sprawę.

Tutaj musimy odejść trochę na bok. Świat rządzi wszelkimi rodzajami symetrii. Na przykład czasoprzestrzeń, związana ze zmianami czasu i przestrzeni: fizyka jutra jest taka sama jak wczoraj, fizyka jest tutaj taka sama jak w Chinach. Prawa zachowania energii i pędu są powiązane z tymi symetriami.Są też mniej oczywiste z punktu widzenia naszego codziennego doświadczenia, symetria – wewnętrzna. Na przykład w elektrodynamice istnieje symetria, która prowadzi do prawa zachowania ładunku elektrycznego. Nie jest widoczny, z wyjątkiem formuł, ale tak jest. Wraz z prawem zachowania energii ta symetria zabrania rozpadu elektronu. Godne uwagi jest to, że ta sama symetria zabrania fotonowi posiadania masy i naprawdę go nie ma. Gluony są również bezmasowe z tego samego powodu – zabrania się posiadania masy symetrii związanej z "kolorem". Kwarki są naładowane "kolorem", a gluony są związane z "kolorem", podobnie jak ładowanie fotonów.

Ale cząsteczki odpowiedzialne za słabe interakcje – bozony W i Z – są masywne. Problem polega na tym, że są bardzo podobne do fotonów: elektron może zostać rozproszony przez elektron, zamieniając foton, a może na bozon Z. Procesy są bardzo podobne, chcę przypisać słabe interakcje do symetrii tego samego typu, co elektromagnetyczny (nazywa się to symetrią miernika), ale masa W i Z – nośników słabego oddziaływania – na to nie pozwala, to łamie symetrię miernika.

Dlaczego złamano tę piękną symetrię? Okazuje sięJest to zjawisko dość powszechne w przyrodzie: wiele symetrii istnieje w pierwotnych prawach natury, ale są one gwałcone w prawdziwym Wszechświecie. Zjawisko to nazywane jest "spontanicznym łamaniem symetrii".

Wyobraź sobie, że ty i ja jesteśmy małymi ludźmi, którzy żyją w magnesach trwałych, w namagnesowanym kawałku żelaza. Przeprowadzamy eksperyment z elektronami: otrzymujemy pary elektron-pozyton (mamy tam mały akcelerator, emitujemy elektrony). Tak więc te elektrony lecą w magnesie nie w linii prostej. Z racji tego, że istnieje pole magnetyczne, "nawijają się" na niego i latają spiralnie. Mierzymy je i mówimy: chłopaki, mamy wyznaczony kierunek, nasz świat nie jest izotropowy, mamy dedykowaną oś, na której nawijane są elektrony.

Ale jeśli jesteśmy sprytnymi teoretykami, to zgadniemy, że nie chodzi o to, że przestrzeń ma dedykowany kierunek, ale że istnieje pole magnetyczne w tej przestrzeni. Rozumiemy: gdybyśmy byli w stanie usunąć to pole magnetyczne, to w przestrzeni wszystkie kierunki byłyby równe. Postanowimy, że istnieje symetria w odniesieniu do rotacji, ale jest ona zerwana przez fakt, że w przestrzeni istnieje pole magnetyczne.A gdybyśmy byli jeszcze mądrzejszymi teoretykami, wtedy, uświadamiając sobie, że istnieje takie nowe pole zapewniające łamanie symetrii, powiedzieli, że powinno być jego kwantowe. I przepowiedzieliby foton. I poprawnie by to przewidzieć! Symetrię można złamać, jeśli w rozlanej przestrzeni pęknie pole, które narusza tę symetrię.

I to właśnie dzieje się w fizyce mikroświata. Z pewnymi różnicami. Różnica polega na tym, że symetria nie jest przestrzenna, nie w stosunku do rotacji przestrzennej, jak magnes, ale wewnętrzna. I nie mamy tutaj żelaza, ta symetria jest zepsuta w próżni. Wreszcie, w przeciwieństwie do pola magnetycznego, tutaj potrzebujesz nowego pola. Jest to dziedzina Engler, Braut i Higgs, która zapewnia to naruszenie. Subtelność jest taka, że ​​pole magnetyczne jest wektorem, ma kierunek, ale to pole musi być skalarem, aby nie złamać symetrii w odniesieniu do rotacji przestrzennej. Nie należy go nigdzie przesyłać. Cząstka tego pola musi mieć spin równy zeru.

Taki obraz został zaproponowany i ubrany w formuły przez Englera i Brauta, a następnie przez Higgsa. Ale Engler i Braut w jakiś sposób nie zwracali uwagi na fakt, że ich teoria przewiduje nową cząstkę.A Higgs, który opublikował swoją pracę nieco później, zwrócił na to uwagę i na sugestię recenzenta, który zapytał, czy Higgs ma jakieś nowe rzeczy w artykule, o którym Engler i Braut nie mówili. Higgs myślał i myślał i oświadczył, że musi istnieć nowa cząstka. Dlatego został nazwany "bozonem Higgsa".

Co dalej?

Jak dotąd wszystko zostało "w zdrowiu". Ale pytania pozostają. Z jednej strony obraz z bozonem Higgsa jest spójny. Formalnie wszystko można obliczyć, wszystko można obliczyć, mając znane parametry tej teorii – stałe sprzężenia, masy. Ale ostateczna satysfakcja z tego obrazu nie przynosi. I jednym z najważniejszych miejsc, które uniemożliwiają fizykom dobre snu, jest to, że w naturze istnieją bardzo różne skale energii interakcji.

Silne interakcje między kwarkami i gluonami mają własną charakterystyczną skalę. To, w przybliżeniu, jest masa protonu – 1 GeV. Istnieje skala słabych oddziaływań, 100 GeV (masy W, Z, bozon Higgsa). I ta skala jest dokładnie skalą pola Higgsa – około 100 GeV. I to byłoby nic, ale wciąż jest masa Plancka – skala grawitacyjna. Który ma już 1019 GeV. I, oczywiście, jest już dziwne: jaka to historia, dlaczego te skale są tak różne?

Ze skalą silnych oddziaływań ma takiego problemu: istnieje mechanizm, który pozwala zrozumieć różnicę skali ciężkości (no, przynajmniej do zamiatania pod dywan nasze oszołomienie). Ale ze skalą bozonu Higgsa sprawa jest zła. Dlaczego? Ponieważ w rzeczywistości istnieje próżnia – stan bez cząstek. To nie jest absolutna pustka – w tym sensie, że w próżni przez cały czas kontynuować procesu wirtualnej: tworzenie i anihilacji par cząstek i pola wahaniom. Życie toczy się tam cały czas. Jednak, ponieważ jest to próżnia, a nie zawiera cząstki, nie możemy zobaczyć go bezpośrednio. I pośrednio – bardzo w zasięgu wzroku. Na przykład, procesy wytwarzania pary wirtualnych wpływają właściwości węgla, zmienia swój poziom energii. To od dawna znany z przesunięciem jagnięcina, obliczonej w 1930 i w 1940 mierzonej. Efekt zwykle nie jest zbyt silny. Ta zmiana poziomów atomowych Lamb jest tylko ułamkiem procenta.

Ale jest jedno miejsce, w którym próżnia "strzela" w 100%. To tylko masa bozonu Higgsa. Okazuje się, że jeśli zaczną uwzględniać tworzenie i anihilacji cząstek wirtualnych i naiwny, aby spróbować przeprowadzić obliczenia – ilu z tych procesów inwestują w stosunku do masy bozonu Higgsa – a następnie upewnij się, że te rzeczy mają tendencję do zaostrzenia masy bozonu Higgsa do masy Plancka. Chronią bozon Higgsa przed światłem.

I to jest naprawdę okropne. Naprawdę chcę zrozumieć, dlaczego z natury jest to, że elektro-słaba skala jest tak mała w porównaniu do skali grawitacyjnej 1019 GeV. Można to wytłumaczyć faktem, że nie wiemy zbyt wiele na temat fizyki przy niezbyt wysokich energiach, przy energiach w skali 1 TeV. Faktem jest, że jeśli fizyka zmienia się na skali teraelektronowolta, to może zdarzają się cuda: z jakiegoś powodu wpływ próżni jest niewielki, nieistotny. Taki pomysł. Być może LHC jeszcze nie odkrył wszystkiego i muszą istnieć nowe zjawiska, które są do niego dostępne. Jego energia, jak pamiętam, ma 14 TeV. To prawda, że ​​to zderzenie protonu z protonem. Kwark z kwarkiem ma około sześciokrotnie mniejszą energię zderzenia. Dlatego prawdziwa skala energii, która jest badana przez BAC, wynosi 2-3 TeV. Jednak jest to ta sama skala, na której (jak chcielibyśmy) nowa fizyka, mogą pojawić się zupełnie nowe zjawiska fizyczne.

I muszę wam powiedzieć, że w rzeczywistości sytuacja jest teraz bardzo głupia. Ponieważ LHC już prawie pracował nad swoją energią projektu – 13 TeV, działało to doskonale w 2017 roku, a teraz ta praca trwa.I chociaż nie ma – nie! – wskazania tej nowej fizyki, na której wszyscy mamy nadzieję. Wszystkie te rozważania, o których wam mówię, nie są potwierdzone. Albo nie było wystarczająco jasności, zbyt mało kolizji, zbyt mało statystyk. Albo coś tutaj jest zupełnie inne, a wszystkie te dość przekonywające, ale nie całkowicie żelazne argumenty mogą być błędne.

Jaka może być nowa fizyka? Bardzo duże nadzieje dotyczyły supersymetrii. Jest to niezwykłe, ponieważ jest to teoria, w której występuje dodatkowa symetria w porównaniu ze wszystkimi znanymi. Który wiąże cząstki z całością i pół-całkowitą spinu – bozonami i fermionami. Nawiasem mówiąc, ta symetria została zaproponowana przez teoretyków tutaj w Moskwie, w FIAN, w latach 70. XX wieku.

W kontekście fizyki cząstek elementarnych, oznacza to, że: jeśli masz kwark ze spinem 1/2, to musi on mieć partnera, którego kwark skalarny został nazwany bez zastanowienia dwa razy – "squark" ze spinem 0. Elektron musi mieć partnera – elektron skalarny , foton jako partner powinien mieć photino ze spinem 1/2, dla gluonu – gluino, dla grawitonu – gravitino.

Oprócz grawitino wszystkie te cząstki, jeśli są lekkie, muszą narodzić się w Wielkim Zderzaczu Hadronów.Ogólnie rzecz biorąc, hotheadowie powiedzieli to: LHC się włączy – a pierwszą rzeczą, jaką należy zrobić, to nie znaleźć bozonu Higgsa, ale supersymetrię. A opinię tę podzielał nie tylko wielu teoretyków, ale także biednych eksperymentatorów, którzy teoretycy teoretyków. Jednak supersymetria wciąż nie jest otwarta, tylko istnieją ograniczenia dotyczące mas powyższych cząstek. Ogólnie rzecz biorąc, nie wydaje się, aby supersymetria istniała w przyrodzie przy niezbyt wysokich energiach.

Ryc. 5 Schemat Wielkiego Zderzacza Hadronów (zdjęcie z cds.cern.ch)

Dlaczego supersymetria jest dobra? Okazuje się, że wkład wirtualnych cząstek do masy bozonów Higgsa ma różne znaki dla różnych spinów. Przy supersymetrii wkład bozonów i fermionów jest zredukowany do zera, a jeśli masz fotony i fotino lub bozonoki W i wino, to ich składki zostają zredukowane do zera. Jeśli masy cząsteczek i ich superpartnerzy są różne – i to jest prawdą, nie ma elektronu skalarnego o tej samej masie, co elektron, wiemy to na pewno – wtedy redukcja ta nie dochodzi do zera. Ale jeśli masy superpartnerów znajdują się w regionie teraelektronowoltów, to po prostu okazuje się, że te składki mają skalę setek gigaelektronowoltów, a wtedy wszystko jest w porządku. Ale to już nie działa.Już teraz limity na te masy są tak silne, że ten mechanizm redukcji nie działa całkowicie, aby nie uzyskać 100 GeV. Jeśli jest naiwny, aby obliczyć, to powinno być około 500-700 GeV dla masy bozonów Higgsa. Teraz sytuacja z poszukiwaniem supersymetrii jest bardzo napięta.

Istnieją scenariusze: na przykład bozon Higgsa może być złożony, niekoniecznie elementarny. I ogólnie, w fizyce skondensowanych mediów znane są analogi mechanizmu Higgsa, a tam analog bozonu Higgsa lub pola Higgsa nie jest elementarny, ale złożony. Najbardziej znanym przykładem jest nadprzewodnictwo. W nadprzewodniku foton wydaje się mieć masę, jest to tak zwany efekt Meissnera. Teoria Englera-Brauta-Higgsa to niemal jedna do jednej teorii Ginzburga-Landaua, zaproponowana dziesięć lat wcześniej niż Engler-Braut-Higgs.

Jeśli bozon Higgsa jest złożony, wtedy wszystko się zmienia, a ogromny wkład interakcji z próżnią zanika, rozmiar złożonego układu, jak ten protonu, pojawia się. Jeśli ten rozmiar wynosi 10-18 cm, wtedy odpowiednia energia systemu jest rozsądna, podczas gdy struktura wewnętrzna pozostaje nierozróżnialna.Takie modele mają swoje własne przewidywania, ale znowu, jak dotąd nie widać nic podobnego do akceleratora.

Może nie rozumiemy czegoś mocno, teoretycy niewiele o tym myślą, nie odkryli tego w swoich głowach. Oczywiście w Wielkim Zderzaczu Hadronów istnieje program poszukiwania nowych zjawisk, który nie opiera się na przewidywaniach teoretycznych. Będziemy szukać, gdzie możemy, "gdzie są światła" – pod nimi będziemy szukać. Postaramy się znaleźć różnice w Modelu Standardowym wszędzie tam, gdzie można to zrobić. Do tej pory nic z tego nie wynika, a model standardowy działa świetnie.

Na zakończenie powiem: teraz jesteśmy na bardzo interesującym etapie rozwoju fizyki cząstek elementarnych. Z jednej strony istnieje pewność, że Model Standardowy nie jest całą historią. Istnieją wciąż twarde, jednoznaczne dowody z kosmologii, że Model Standardowy jest niekompletny – przede wszystkim jest to ciemna materia: we Wszechświecie istnieją masywne cząstki, które tworzą ciemną materię, ich masa jest około pięć razy większa niż zwykła materia.

Teraz jest to sytuacja, w której fizyka cząstek elementarnych ponownie stała się eksperymentalną nauką.W latach 50. i 60. XX wieku ten obszar fizyki był eksperymentalną nauką, kiedy eksperymenty zostały przeprowadzone, ich wyniki zostały pojęte i powstały teorie. Jednak przez całe moje świadome życie wszystko było odwrotnie: teoretycy dokonywali przewidywań, a eksperymentatorzy je potwierdzali. Teraz ponownie doszliśmy do sytuacji, w której jesteśmy całkowicie związani z eksperymentem, nie wiedząc, co nam to pokaże. Czekamy, trzymamy kciuki za krzyż, ale jak na razie nic ciekawego nam nie pokazuje. Poza bozonem Higgsa …

Jaka nowa fizyka pojawi się na końcu, my też nie wiemy. Sytuacja jest interesująca, dokonano ważnego odkrycia, ale nikt nie może powiedzieć dzisiaj, jakie będzie następne odkrycie. Może to jest dobre, sprawia, że ​​próbujemy się nadwerężać i myśleć, a eksperymentatorzy szukają nowych zjawisk. Mam nadzieję, że te wyszukiwania się uda.

Wykład wideo


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: