- Горячие темы:
- Все для фронта - все про оружие и технику
Бозон Хиггса застали в процессе невиданной трансформации
Когда в 2012 году на Большом адронном коллайдере (LHC) был открыт бозон Хиггса, это был последний фрагмент головоломки Стандартной модели физики элементарных частиц, частица, которая, как давно предполагалось, существует вместе с кварками, электронами, нейтрино, мюонами, глюонами, фотонами и другими известными частицами, но никогда ранее не наблюдаемые. Его роль: физическое проявление поля Хиггса, свойства Вселенной, которое, по мнению физиков, наделяет частицы массой. Частицы, которые проходят через поле, как будто это патока, имеют большую массу, чем те, которые легче проникают.
Читай также: Бозон Хиггса — зачем он нужен?
Другой способ взглянуть на это: чем больше масса, тем сильнее эта элементарная частица взаимодействует или соединяется с бозоном Хиггса (и его полем).
Один из способов доказать связь между Хиггсом и другими частицами - посмотреть на продукты его распада. Существование бозона Хиггса мимолетно - как только он всплывает, частица "живет" всего 15,6 миллиарда миллиардов (1,56x10 ^ -22) секунды - почти сразу же распадаясь на другие частицы.
Физики говорят, что каждый раз, когда физики замечают новую частицу распада Хиггса, это доказывает "связь" между бозоном Хиггса и частицами, образовавшимися в результате его распада. И это взаимодействие доказывает, что поле Хиггса действительно наделяет возникающую частицу массой.
Читай также: Большой адронный коллайдер закрыли на реконструкцию
Вот почему с момента открытия Хиггса исследователи искали намеки на эти продукты распада.
Обычно бозон Хиггса распадается на более массивные частицы, такие как пары нижних кварков. Но создайте достаточно бозонов Хиггса в LHC, и некоторые из них должны распадаться на более легкие частицы, с которыми он соединяется, например мюоны.
Если бозон Хиггса распадается на два мюона на LHC, это один из самых редких распадов, которые мы могли обнаружить для так называемой "частицы Бога". И это впервые докажет связь мюона и бозон Хиггса - еще раз продемонстрировав, что элементарная частица получает свою массу из поля Хиггса.
Прямо сейчас есть убедительные, но не исчерпывающие доказательства того, что бозон Хиггса распадается на пары мюонов в LHC. Исследователи, работающие над данными компактного мюонного соленоида (CMS), одного из нескольких детекторов частиц на LHC, обнаружили "избыток" мюонов, летающих вокруг LHC.
LHC - среда, полная интенсивных сталкивающихся протонов, имеет множество способов случайного образования мюонов. Доказательство того, что бозон Хиггса распадается на пары мюонов, означает обнаружение слабого сигнала дополнительных мюонов на фоне большого фонового шума.
Читай также: Новый квантовый парадокс ставит под сомнение основы наблюдаемой реальности
Глядя на необработанные данные даже натренированным глазом, вы можете ничего об этом не подумать. Но с помощью алгоритмов машинного обучения исследователи показали, что этот крошечный урожай необъяснимых мюонов имеет всего 0,27% случайного появления. Физики называют такой уровень уверенности в том, что они обнаружили сигнал, а не просто шум, "тремя сигмами".
Обычно открытие не считается доказанным, пока оно не достигнет "пяти сигм", что эквивалентно 0,00006% вероятности того, что оно является артефактом фонового шума. Поэтому ученые осторожно сказали, что связь бозон Хиггса с мюоном еще не доказана.
Исследователи, работающие над ATLAS, связанным экспериментом на LHC, также нашли доказательства связи бозон Хиггса и мюона, но всего с двумя сигма. Это составляет 4,5% вероятности, что их сигнал был просто фоновым шумом.
Тем не менее, открытие CMS является поводом для волнения. По словам ученых, если большее количество данных повысит уровень достоверности до пяти сигм, это может помочь подтвердить экспоненциальную зависимость между массой продукта распада бозон Хиггса и частотой распада бозона на эту частицу. Физики считают, что частоту распада бозона Хиггса на каждую частицу, с которой он соединяется, можно предсказать по квадрату массы этой частицы, поэтому более тяжелые частицы появляются гораздо чаще. Этот вывод может помочь доказать это, если частота соответствует прогнозу.
Читай также: Что скрывает атом: Как ученые пытаются понять его структуру
LHC сейчас, вероятно, расширяет пределы своей чувствительности с точки зрения обнаружения более легких продуктов распада бозон Хиггса. Коллайдер определенно недостаточно мощный или чувствительный, чтобы произвести достаточно распадов хиггсовских электронов, например, чтобы кто-нибудь мог их измерить. И это далеко не тот уровень оборудования, который необходим для измерения связи между хиггсовскими и сверхлегкими нейтрино.
По ее словам, у будущих детекторов будет преимущество перед LHC. Коллайдер был построен большим и тупым, стреляя протонами друг в друга и охватывая широкий диапазон энергий, потому что физики еще не знали массу бозон Хиггса - критически важную деталь для образования частицы.
Будущие коллайдеры могут быть точно настроены на массу бозон Хиггса и производить достаточно событий, чтобы возникли еще более редкие связи. По ее словам, по мере того, как детекторы становятся более чувствительными, они могут обнаруживать расхождения со Стандартной моделью, открывая путь к новым физическим идеям.
Напомним, ранее сообщалось, что физики получили каплю сверхэкзотической электронной жидкости.
Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.
