Хялбараар хэлбэл Хиггс бозон бол бүх цаг үеийн хамгийн үнэтэй бөөмс юм. Жишээлбэл, вакуум хоолой, хоёр гайхалтай оюун ухаан нь электроныг нээхэд хангалттай байсан бол Хиггс бозоныг хайж олоход дэлхий дээр ховор тохиолддог туршилтын энергийг бий болгох шаардлагатай байв. Том Адрон Коллайдер нь шинжлэх ухааны хамгийн алдартай, амжилттай туршилтуудын нэг болох танилцуулга шаардлагагүй боловч түүний профиль бөөмс нь урьдын адил хүн амын ихэнх нь нууцлагдмал хэвээр байна. Үүнийг Бурханы бөөмс гэж нэрлэсэн ч олон мянган эрдэмтдийн хүчин чармайлтын ачаар бид түүний оршин тогтнохыг итгэлээр хүлээн зөвшөөрөх шаардлагагүй болсон.
Сүүлийн үл мэдэгдэх
Хиггс бозон гэж юу вэ, түүнийг нээх нь ямар ач холбогдолтой вэ? Яагаад ийм их шуугиан, санхүүжилт, ташаа мэдээллийн сэдэв болсон бэ? Хоёр шалтгаанаар. Нэгдүгээрт, энэ нь физикийн стандарт загварыг батлахад шаардлагатай сүүлчийн нээгдээгүй бөөмс байв. Түүний нээлт нь бүхэл бүтэн үеийн шинжлэх ухааны бүтээлүүд дэмий хоосон байгаагүй гэсэн үг юм. Хоёрдугаарт, энэ бозон бусад бөөмсүүдэд массаа өгдөг бөгөөд энэ нь түүнд онцгой утга, зарим "ид шид" өгдөг. Бид бодох хандлагатай байдагмасс нь аливаа зүйлийн дотоод шинж чанар, харин физикчид өөрөөр боддог. Энгийнээр хэлбэл, Хиггс бозон нь зарчмын хувьд масс байхгүй бөөмс юм.
Нэг талбар
Шалтгаан нь Хиггсийн талбарт оршдог. Үүнийг Хиггс бозоны өмнө ч тайлбарлаж байсан, учир нь физикчид үүнийг өөрсдийн онол, ажиглалтын хэрэгцээнд зориулж тооцоолсон бөгөөд энэ нь үйл ажиллагаа нь бүх ертөнцийг хамарсан шинэ талбар байхыг шаарддаг байв. Орчлон ертөнцийн шинэ бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зохион бүтээх замаар таамаглалыг бататгах нь аюултай. Жишээлбэл, өнгөрсөн хугацаанд энэ нь эфирийн онолыг бий болгоход хүргэсэн. Гэвч математикийн тооцоолол хийх тусам физикчид Хиггсийн орон бодит байдал дээр байх ёстой гэдгийг ойлгосон. Ганц асуудал нь түүнийг ажиглах бодит арга хэрэгсэл дутмаг байсан.
Физикийн стандарт загварт бүх орон зайд нэвчиж буй Хиггсийн талбайн оршин тогтноход үндэслэсэн механизмаар энгийн бөөмсүүд массаа олдог. Энэ нь маш их эрчим хүч шаарддаг Хиггсийн бозонуудыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эрдэмтэд өндөр энергийн туршилт явуулахад орчин үеийн бөөмс хурдасгуур хэрэгтэй болсон гол шалтгаан юм.
Масса хаанаас ирдэг вэ?
Цөмийн сул харилцан үйлчлэлийн хүч зай нэмэгдэх тусам хурдан буурдаг. Квантын талбайн онолоор бол үүнийг үүсгэхэд оролцдог бөөмс W- ба Z-бозонууд нь массгүй глюон, фотонуудаас ялгаатай нь масстай байх ёстой гэсэн үг юм.
Асуудал нь хэмжүүрийн онолууд зөвхөн массгүй элементүүдийг авч үздэг. Хэрэв царигийн бозонууд масстай бол ийм таамаглалыг үндэслэлтэй тодорхойлох боломжгүй юм. Хиггсийн механизм нь Хиггсийн талбар гэж нэрлэгддэг шинэ талбарыг нэвтрүүлснээр энэ асуудлаас зайлсхийдэг. Өндөр энергитэй үед хэмжигч бозонууд массгүй байдаг бөгөөд таамаглал нь хүлээгдэж буйгаар ажилладаг. Бага энергитэй үед талбай нь тэгш хэмийн эвдрэлийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь элементүүдэд масстай байх боломжийг олгодог.
Хиггс бозон гэж юу вэ?
Хиггс талбай нь Хиггсийн бозон гэж нэрлэгддэг бөөмсийг үүсгэдэг. Тэдний массыг онолоор тодорхойлоогүй боловч туршилтын үр дүнд 125 ГэВ-тэй тэнцүү болохыг тогтоосон. Энгийнээр хэлбэл, Хиггс бозон нь Стандарт загварыг оршин байгаа гэдгээ баттай баталсан.
Механизм, талбай, бозон нь Шотландын эрдэмтэн Питер Хиггсийн нэрийг агуулсан. Хэдийгээр тэр эдгээр үзэл баримтлалыг анх дэвшүүлээгүй ч, физикт ихэвчлэн тохиолддог шиг, тэр зүгээр л тэдний нэрээр нэрлэгдсэн хүн байсан юм.
Эвдэрсэн тэгш хэм
Хигсийн талбай нь масстай байх ёсгүй бөөмсийг хариуцдаг гэж үздэг. Энэ бол янз бүрийн масстай массгүй бөөмсийг өгдөг бүх нийтийн орчин юм. Ийм тэгш хэмийн зөрчлийг гэрлийн аналогоор тайлбарладаг - бүх долгионы урт нь вакуум орчинд ижил хурдтай хөдөлдөг бол призм дээр долгионы урт бүрийг ялгаж салгаж болно. Энэ нь мэдээжийн хэрэг буруу зүйрлэл юм, учир нь цагаан гэрэл бүх долгионы уртыг агуулдаг боловч жишээ нь хэрхэн болохыг харуулж байна. Хигсийн талбайн масс үүсэх нь тэгш хэмийн эвдрэлээс үүдэлтэй юм шиг санагдаж байна. Призм өөр өөр долгионы урттай гэрлийн хурдны тэгш хэмийг эвддэг ба Хиггсийн талбар нь өөрөөр хэлбэл тэгш хэмтэй массгүй зарим бөөмсийн массын тэгш хэмийг эвддэг гэж үздэг.
Хиггс бозоныг хэрхэн энгийнээр тайлбарлах вэ? Хиггсийн талбар үнэхээр байдаг бол түүний үйл ажиллагаа нь түүнийг ажиглаж болох шинж чанартай зохих тээвэрлэгч байх шаардлагатай гэдгийг саяхан физикчид ойлгосон. Энэ бөөмс нь бозонд хамаарах гэж таамаглаж байсан. Энгийнээр хэлбэл, Хиггс бозон нь орчлон ертөнцийн цахилгаан соронзон орны тээвэрлэгч фотонуудтай адил зөөгч хүч юм. Фотонууд нь нэг ёсондоо түүний орон нутгийн өдөөлт юм, яг л Хиггс бозоны талбайн орон нутгийн өдөөлт юм. Физикчдийн хүсэн хүлээсэн шинж чанартай бөөмс байдаг гэдгийг нотлох нь үнэндээ талбар байгааг шууд нотолсонтой адил юм.
Туршилт
Олон жилийн төлөвлөлт нь Том Адрон Коллайдер (LHC) нь Хиггсийн бозоны онолыг үгүйсгэж болзошгүйг гэрчлэх боломжийг олгосон. 27 км-ийн хэт хүчирхэг цахилгаан соронзон цагираг нь цэнэгтэй бөөмсийг гэрлийн хурдны багагүй хэсэг хүртэл хурдасгаж, тэдгээрийг бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд нь салгахад хангалттай хүчтэй мөргөлдөөн үүсгэж, мөн нөлөөллийн цэгийн эргэн тойрон дахь орон зайг деформацид хүргэдэг. Тооцооллын дагуу, хангалттай өндөр түвшний мөргөлдөөний энергийн үед бозоныг задрахын тулд цэнэглэх боломжтой бөгөөд энэ нь байж болно.үзэх болно. Энэ энерги нь маш их байсан тул зарим нь бүр сандарч, дэлхийн төгсгөлийг зөгнөж байсан бол заримынх нь уран зөгнөл маш хол явж, Хиггс бозоны нээлтийг өөр хэмжигдэхүүн рүү харах боломж гэж тодорхойлсон.
Эцсийн баталгаажуулалт
Анхны ажиглалтууд таамаглалыг үгүйсгэсэн мэт санагдаж, бөөмийн шинж тэмдэг олдсонгүй. Хэдэн тэрбум доллар зарцуулах кампанит ажилд оролцсон зарим судлаачид телевизээр гарч, шинжлэх ухааны онолыг няцаах нь түүнийг батлахаас дутахгүй чухал гэдгийг эелдэгхэн хэлж байсан. Гэсэн хэдий ч хэсэг хугацааны дараа хэмжилтүүд ерөнхий дүр зураг дээр нэмэгдэж эхэлсэн бөгөөд 2013 оны 3-р сарын 14-нд CERN бөөмс оршин байгааг баталгаажуулсанаа албан ёсоор зарлав. Олон бозон байгааг нотлох нотолгоо байгаа ч энэ санааг цаашид судлах шаардлагатай.
CERN бөөмсийг нээснийг зарласнаас хойш хоёр жилийн дараа Том Адрон Коллайдер дээр ажиллаж байсан эрдэмтэд үүнийг баталж чадсан. Энэ нь нэг талаас шинжлэх ухааны асар том ялалт байсан бол нөгөө талаас олон эрдэмтэд урам хугарсан. Хэрвээ хэн нэгэн Хиггсийн бозон нь Стандарт загвараас хэт тэгш хэм, харанхуй бодис, харанхуй энерги гэх мэт хачирхалтай, гайхалтай бүс нутгуудад хүргэдэг бөөмс болно гэж найдаж байсан бол харамсалтай нь тийм биш болсон.
Nature Physics-д хэвлэгдсэн судалгаагаар фермион болж задрах нь батлагдсан. Стандарт загвар нь энгийнээр хэлбэл бозон гэж таамаглаж байнаХиггс бол фермионуудад массаа өгдөг бөөмс юм. CMS коллайдерын илрүүлэгч эцэст нь тэдний фермионууд болох даун кваркууд болон тау лептонууд болж задарсан болохыг баталсан.
Хиггс бозоны энгийн үгээр: энэ юу вэ?
Энэ нь бөөмийн физикийн стандарт загвараар таамагласан Хиггс бозон гэдгийг энэ судалгаа эцэст нь баталлаа. Энэ нь 125 ГэВ-ын масс-энергийн мужид байрладаг, спиралгүй, олон хөнгөн элементүүд болох хос фотон, фермион гэх мэт задрах чадвартай. Үүний ачаар Хиггс бозоныг энгийнээр хэлбэл, бид баттай хэлж чадна. бүх зүйлд масс өгдөг бөөмс юм.
Шинээр нээгдсэн элементийн өгөгдмөл байдалд сэтгэл дундуур байна. Хэрэв түүний задрал арай өөр байсан бол энэ нь фермионуудтай өөрөөр холбогдож, судалгааны шинэ боломжууд гарч ирэх байсан. Нөгөө талаар энэ нь таталцал, хар энерги, харанхуй матери болон бодит байдлын бусад хачирхалтай үзэгдлүүдийг тооцдоггүй Стандарт загвараас нэг ч алхам урагшлаагүй гэсэн үг.
Одоо тэд юу болсныг таах л үлдлээ. Хамгийн алдартай онол бол супер симметрийн онол бөгөөд Стандарт загварт багтсан бөөмс бүр гайхалтай хүнд супер түнштэй байдаг (ингэснээр орчлон ертөнцийн 23% -ийг бүрдүүлдэг - харанхуй бодис). Коллайдерыг сайжруулж, мөргөлдөх энергийг нь 13 ТеВ болгон хоёр дахин нэмэгдүүлснээр эдгээр супер бөөмсийг илрүүлэх боломжтой болно. Үгүй бол супер тэгш хэм нь LHC-ийн илүү хүчирхэг залгамжлагчийг бүтээхийг хүлээх хэрэгтэй болно.
Цаашид хэтийн төлөв
Тэгвэл Хиггс бозоны дараа физик ямар байх вэ? LHC саяхан ихээхэн сайжруулалт хийснээр ажлаа сэргээж, эсрэг бодисоос эхлээд харанхуй энерги хүртэлх бүх зүйлийг харах боломжтой болсон. Харанхуй матери нь зөвхөн таталцлын хүчээр болон масс үүсгэх замаар энгийн бодистой харилцан үйлчилдэг гэж үздэг бөгөөд Хиггс бозоны ач холбогдол нь энэ нь яг хэрхэн болдогийг ойлгох түлхүүр юм. Стандарт загварын гол сул тал нь таталцлын нөлөөг тайлбарлаж чадахгүй байгаа явдал юм - ийм загварыг Их нэгдсэн онол гэж нэрлэж болно - бөөмс болон Хиггсийн талбар нь физикчдийн маш их хайж байгаа гүүр болж чадна гэж зарим хүмүүс үздэг.
Хиггс бозоны оршин тогтнох нь батлагдсан ч түүний бүрэн ойлголт маш хол байна. Ирээдүйн туршилтууд супер тэгш хэм, түүнийг харанхуй матер болгон задлах санааг үгүйсгэх үү? Эсвэл тэд Хиггс бозоны шинж чанаруудын талаарх Стандарт загварын таамаглалуудын эцсийн нарийн ширийн зүйлийг баталж, энэ судалгааны талбарыг үүрд дуусгах болов уу?
