Доклад «Зачем нужен бозон Хиггса?»

 З.М.Кенжаев 

учитель физики и математики, МБОУ СОШ с. Константиновка 

e-mail: zmken1975@yandex.ru  

 

4 июля 2012 года состоялось событие, имеющее выдающееся значение для современной физики: на семинаре в ЦЕРНе (CERN-Европейская организация по ядерным исследованиям) было объявлено об открытии новой элементарной частицы, свойство которой, как заявляют авторы открытия, соответствует ожидаемым свойствам теоретически предсказанного элементарного бозона Стандартной модели физики элементарных частиц. Следуя распрост- ранѐнной терминологии, этот бозон называют бозоном Хиггса. БОЗОН – элементарная частица, имеющая целочисленный спин. Название дано по имени физика Шатьендраната БОЗЕ. Частицы отличаются тем, что не подчиняются принципу исключения. Это означает, что неограниченное число бозонов может иметь одно и то же квантовое состояние. Бозоны являются частицами, передающими силу, как например, Фотоны и глюоны (которые удерживают вместе кварки). Известен W-бозон (символ W+ или W-), «ответственный» за слабые ядерные взаимодействия. Он обладает единичным электрическим зарядом и имеет массу, приблизительно в 40 раз большую массы протона. Как бы то ни было, речь идѐт об открытии одного из центральных объектов фундаментальной физики, не имеющего аналогов среди известных элементарных частиц и занимающего уникальное место в физической картине мира. Прежде всего, необходимо отметить, что минимальная теория микромира носит название Стандартной модели. Это теория описывает все известные элементарные частицы и все известные взаимодействия между ними. Минимальная она потому, что в ней, помимо известных до последнего времени частиц, есть ещѐ всего одна – бозон Хиггса, и он является элементарной, а не составной частицей. Таким образом, бозон Хиггса был единственной неоткрытой частицей Стандартной модели. Большинство аспектов Стандартной модели – за исключением нового сектора, к которому принадлежит бозон Хиггса – проверены в многочисленных экспериментах, и главная задача Большого адронного коллайдера – выяснить, действительно ли в природе реализуется минимальный вариант теории и насколько теория описывает макромир. Вполне естественно, что программа поиска бозона Хиггса была с самого начала одной из главных, если не самой главной, на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. В ходе выполнения этой программы и была открыта новая частица. Она довольна тяжѐлая по меркам физики микромира. В этой области физики массу измеряют в единицах энергии, имея в виду связь массой и энергией покоя. В качестве единицы энергии используют электронвольт (эВ) и производные – МэВ (мегаэлектронвольт), ГэВ (гигаэлектронвольт), ТэВ (тераэлектронвольт) ( . Масса электрона в этих единицах равна 0,5 МэВ, протона – примерно 1 ГэВ, масса самой тяжѐлой известной элементарной частицы, t-кварка – 173 ГэВ. Так вот, масса нового бозона (бозона Хиггса) составляет 125 – 126 ГэВ. Эта новая частица (для неѐ принято обозначение Н) не имеет электрического заряда. Она нестабильна и может распадаться по-разному. Теория, предсказывающая бозон Хиггса, детально разработана и подробно описана. Следует отметить, что в квантовой физике каждая элементарная частица является квантом некоторого поля, и наоборот, каждому полю соответствует своя частица-квант; наиболее известный пример – электромагнитное поле и его квант, фотон. Поэтому вопрос, поставленный в заголовке можно переформулировать так: зачем нужен новое поле и каковы его ожидаемые свойства?Краткий ответ состоит в том, что симметрия теории микромира – будь то Стандартная модель или какая-то более сложная теория – запрещают элементарным частицам иметь массы, а новое поле нарушает эти симметрии и обеспечивает существование масс частиц. В Стандартной модели – простейшем варианте теории (но толдько в ней!) все свойства нового поля и, соотвественно, нового бозона, за исключением его массы, однозначно предсказываются опять- таки на основе соображений симметрии.