Большой адронный коллайдер вновь сузил "ловушку" для бозона Хиггса

Физики, работающие на Большом адронном коллайдере, обнародовали новые данные о результатах поиска бозона Хиггса: ученые вновь сузили диапазон масс, в котором может "прятаться" неуловимая частица, согласно этим данным, бозон Хиггса (если он существует) может иметь массу от 114 до 141 гигаэлектронвольт.

Бозон Хиггса - последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели. Это гипотетическая частица отвечает за массы всех других элементарных частиц. Однако теория не позволяет точно установить массу бозона Хиггса. Физики рассчитывают, что найти частицу (или убедиться в том, что ее не существует) позволят эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК).

П. Хиггс наиболее известен за предложение в 1960-х годах механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии, объясняющего происхождение массы элементарных частиц, в частности масс векторных W и Z-бозонов. Механизм, в настоящее время носящий его имя, предсказывает существование новой частицы, хиггсовского бозона. Хотя эта частица пока не открыта экспериментально, механизм Хиггса считается сообществом физиков одним из основных компонентов Стандартной Модели. П. Хиггс придумал механизм Хиггса во время горной прогулки в районе Эдинбурга и, вернувшись в лабораторию, заявил, что у него возникла «грандиозная идея».
П. Хиггс наиболее известен за предложение в 1960-х годах механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии, объясняющего происхождение массы элементарных частиц, в частности масс векторных W и Z-бозонов. Механизм, в настоящее время носящий его имя, предсказывает существование новой частицы, хиггсовского бозона. Хотя эта частица пока не открыта экспериментально, механизм Хиггса считается сообществом физиков одним из основных компонентов Стандартной Модели. П. Хиггс придумал механизм Хиггса во время горной прогулки в районе Эдинбурга и, вернувшись в лабораторию, заявил, что у него возникла «грандиозная идея».

Ученые сейчас рассматривают две возможности существования бозона Хиггса: "легкого", с массой от 135 до 200 гигаэлектронвольт на скорость света в квадрате (ГэВ/c2), и "тяжелого" с массой 200 ГэВ/c2 или больше. Физики часто измеряют массы частиц в единицах энергии - электронвольтах - основываясь на знаменитой формуле Эйнштейна, E=mc2. При этом 100 ГэВ/c2 примерно в 107 раз больше массы протона.

Диапазон масс, в которых исключено существование бозона Хиггса

Бозон Хиггса - гипотетическая массивная бесспиновая частица, квант соответствующего (хиггсовского) поля, возникающего в теоретических моделях со спонтанным нарушением симметрии (в том числе и в Стандартной модели) и ответственного за возникновение масс у элементарных частиц.
Стандартная модель предполагает, что существует еще одно поле, которое практически неотделимо от пустого пространства. Его принято называть полем Хиггса.
Считается, что все пространство заполнено этим полем, и что частицы приобретают массу путем взаимодействия с ним. Те из них, которые сильно взаимодействуют с полем Хиггса, являются тяжелыми частицами, а слабовзаимодействующие - легкими. Этот эффект аналогичен эффекту движения тела в вязкой жидкости, когда оно за счет взаимодействия с жидкостью приобретает дополнительную эффективную массу. Еще один пример - электрон в кристалле. Из-за электромагнитного взаимодействия с атомами кристаллической решетки электрон приобретает эффективную массу, отличную от массы свободного электрона.
Одна из важнейших задач современной физики - обнаружение хиггсовских частиц и изучение их свойств. Существование бозонов Хиггса чрезвычайно важно для физики элементарных частиц. По современным теоретическим представлениям, хиггсовские бозоны имеют прямое отношение к концепции происхождения масс элементарных частиц – фундаментальному вопросу физики. Примечательно, что этот вопрос не поднимался до появления Стандартной модели.
В силу корпускулярно-волнового дуализма полю Хиггса должна соответствовать, по крайней мере, одна частица - квант этого поля, называемая частицей Хиггса или хиггсовским бозоном. Считается, что хиггсовский бозон имеет нулевой спин. Экспериментальное наблюдение хиггсовского бозона было бы одним из величайших научных открытий XXI века.

Эксперименты в электрон-позитронном коллайдере LEP в 1980-е годы позволили исключить диапазон масс менее 114 ГэВ. Последующие эксперименты указывали, что частица Хиггса может иметь массу в интервале от 114 до 185 гигаэлектронвольт.

Летом 2010 года физики из Национальной лаборатории имени Ферми, которые проводили эксперименты на теперь уже закрытом коллайдере Теватрон, исключили возможность существования бозона Хиггса в интервале масс от 158 до 175 гигаэлектронвольт, а до этого, в ноябре 2009 года, "закрыли" интервал с 163 до 166 гигаэлектронвольт.

На конференции HCP2011 в Париже ученые представили новые результаты, полученные при анализе данных, собранных двумя главными детекторами Большого адронного коллайдера - CMS и ATLAS. Физики исследовали область со 110 до 600 ГэВ/c2 в поисках возможных следов распада бозона Хиггса, который может распадаться на гамма-кванты, W- или Z- бозоны, на некоторые другие частицы.

Ученые рассматривали объем данных, соответствующий накопленной светимости (объему данных о столкновениях) от 1 до 2,3 обратных фемтобарна при столкновениях протонов на энергии 7 тераэлектронвольт. К концу октября коллайдер набрал уже 5 обратных фемтобарн, но на обработку этих данных потребуется значительное время - как ожидается новые данные могут быть представлены зимой 2012 года.

В докладе ученые заявили, что данные коллайдера с 95%-ным уровнем достоверности исключили возможность существования бозона Хиггса в интервале масс от 141 до 476 ГэВ/c2. При этом область со 146 до 443 ГэВ/c2 исключена с уровнем достоверности 99%, не считая узких областей в окрестностях 220 и 320 ГэВ/c2.

Таким образом, вероятнее всего масса Хиггса находится в интервале от 114 до 141 ГэВ/c2.

Как ожидается, летом 2012 года физики, работавшие на закрытом коллайдере Теватрон, представят новые результаты, полученные при анализе объема данных, соответствующего накопленной светимости 10 обратных фемтобарн.

21 Ноября 2011, 3:58    Den    13124    6

Комментарии (6):

Kefaliy  •  29 Ноября 2011, 14:11
Границы поиска бозона Хиггса сузились как никогда – команды детекторов коллайдера подготовили доклад, в котором ученые заявляют, что к середине, максимум, к концу декабря ситуация окончательно прояснится.
Либо бозон Хиггса будет найден, либо придется признать, что его не существует в природе. Бозон Хиггса, чье существование предположил и просчитал британский физик-теоретик Питер Хиггс, остался единственной элементарной частицей, чье существование предусмотрено стандартной моделью Вселенной, но до сих пор не обнаружено. Эта частица играет в модели столь важную роль, что ее называют частицей Бога – без нее рушится объединение двух фундаментальных взаимодействий – электромагнитного и слабого, и становится абсолютно непонятным и невозможным существование массы, как физического явления.
Chesterfid  •  3 Декабря 2011, 19:01
На вопрос о том, что произойдет, если бозон Хиггса, который "отвечает" за массу элементарных частиц, все же не существует, генеральный директор ЦЕРН высказался в том плане, что последнее слово в споре по этому поводу можно будет сказать лишь тогда, когда "будет обнаружен какой-то другой механизм, который выполняет ту функцию, которую сейчас приписывают бозону Хиггса". "Есть много других теорий, - добавил он, - однако в них есть пробелы и они недостаточно разработаны".
На просьбу разъяснить популярно, что же такое Большой адронный коллайдер /БАК/ - крупнейший в мире ускоритель заряженных частиц, действующий в ЦЕРН, Рольф-Дитер Хейер сравнил этот уникальный научный комплекс с супер- микроскопом, позволяющим глубоко заглянуть в структуру материи. "Имея такие возможности, можно наблюдать процессы, происходившие вскоре после Большого Взрыва, породившего нашу Вселенную, - пояснил он. - Одна из основных целей строительства БАК как раз и состоит в том, чтобы обнаружить бозон Хиггса - так называемую "Божью частицу", благодаря которой другие частицы обрели массу".
Postupalka  •  6 Декабря 2011, 21:02
По своей природе хиггсовский бозон должен быть связан со всеми массивными фундаментальными частицами, причем чем больше масса частиц, тем сильнее он с ними связан. Это значит, что распадаться хиггсовский бозон предпочитает на самые тяжелые пары частица-античастица, которые еще доступны по закону сохранения энергии. Кроме того, за счет петель виртуальных частиц, хиггсовский бозон оказывается связан и с безмассовыми частицами — фотонами и глюонами.
Potomuchto  •  10 Декабря 2011, 13:11
Чтобы объяснить возникновение масс лептонов и кварков, а также переносчиков слабого взаимодействия W, Z - бозонов, нужны дополнительные частицы, которые называются бозонами Хиггса. Теория электрослабого взаимодействия требует существования одного электрически нейтрального бозона Хиггса (H), но не исключено, что их может быть и больше. Открытие бозона Хиггса является одной из основных задач экспериментов на коллайдере LHC. Его очень непросто обнаружить по двум причинам: во первых он слабо связан с лептонами и кварками, по причине чего редко рождается при столкновениях пучков частиц на ускорителях; во вторых масса бозона Хиггса неизвестна (в том смысле, что ее не удалось предсказать теоретически), поэтому приходится моделировать его рождение при всевозможных значениях массы, что существенно сложнее, чем искать бозон Хиггса с определенным значением массы.
Вместе с тем экспериментальное наблюдение бозона Хиггса и измерение его характеристик будет иметь огромное значение для современной физики.
VimanaPro  •  16 Декабря 2011, 1:18

Диапазон сузился до 115-150,  но спонсоры ещё не оценили

всю трагикомичность сложившейся ситуации.

Очень печально сознавать, что это может привести к

сворачиванию финансирования фундаментальных исследований.

http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR25.11E.html

VimanaPro  •  16 Декабря 2011, 1:23

Прошу прощения за описку ( в диапазоне ожидаемых значений ).

116-130/115-127

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.