Хигсов бозон

Од Википедија, слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Хигсов бозон
CMS Higgs-event.jpg
Симулација на појава на Хигсов бозон
Состав: елементарна честичка
Статистичко поведение: бозон
Статус: прелиминарно потврден
Теорија на: Ф. Англер, Р. Брут, П. Хигс, Џ. С. Гуралник, К. Р. Хаген и Т. В. Б. Кибл 1964
Маса: 115-185 GeV/c2 (предвидена)
Спин: 0

Хигсовиот бозон е скаларна елементарна честичка која физиката на елементарните честички прелиминарно потврдила дека постои во стандардниот, или можеби друг модел.

Експерименталното откривање на Хигсовиот бозон е на пат да го образложи постанокот на масата во универзумот. Со хигсовиот бозон би се објаснила и разликата помеѓу безмасниот фотон, кој посредува електромагнетизам, и масните W и Z бозони, кои го посредуваат слабото заемодејство. Ако постои Хигсовиот бозон, тоа значи дека тој е составна и сеприсутна компонента на материјалниот свет.

Големиот хадронски судирач (ГХС) во ЦЕРН, кој е пуштен во полн погон на 20 ноември, 2009[1], се очекува да даде експериментални докази за постоењето или непостоењето на Хигсовиот бозон. Експериментите во Фермилаб исто така продолжуваат со обидите да ја пронајдат оваа честичка, но за жал се соочуваат со потешкотии бидејќи нивниот забрзувач Теватрон не може да произведе многу висока енергија. Речено е дека шансите Фермилаб да го пронајде Хигсовиот бозон изнесуваат помеѓу 50% и 96%, зависно од неговата маса.[2]

Потекло[уреди]

Хигсовиот механизам, кој им дава маса на векторските бозони, за прв пат е опишан во 1964 во теориите на Франсоа Англер и Робер Брут (boson scalaire);[3] во октомври истата година е опишан од Питер Хигс,[4] разработувајќи ги идеите на Филип Андерсон; и независно од Џералд Гуралник, К. Р. Хаген и Т. В. Б. Кибл,[5] кои ги пресметале резултатите пролетта 1963 г.[6] Трите труда напишани за ова откритие од Гуралник, Хаген, Кибл, Хигс, Брут и Англер биле прогласени од журналот „Physical Review Letters“ како епохални научни трудови.[7] Иако секој од овие три труда има сличен пристап, придонесите и разликите помеѓу нив се прилично значајни. Овие шест физичари во 2010 г. ја добиле Сакураевата награда за теоретска физика на честичките за нивните дела.[8] Стивен Вајнберг и Абдус Салам биле првите што го примениле Хигсовиот механизам во нарушувањето на електрослабата симетрија. Електрослабата теорија го предвидува постоењето на неутрална честичка чија маса е приближна на онаа на W и Z бозоните.

Теоретски преглед[уреди]

Фејнманов дијаграм на прворедна исправка на Хигсовата маса (со една јамка). Хигсовиот бозон силно се спарува со врвниот кварк за да може да се разложи на парови од врвен и анти-врвен кварк.

Хигсовиот бозон е еден составен дел од теоретското Хигсово поле. Во празниот простор Хигсовото поле има амплитуда различна од нула; т.е. не-нулта вакуумска очекувана вредност кондензат. Очекуваното постоење на овој непразен вакуум игра фундаментална улога: тоа ѝ дава маса на секоја елементарна честичка што има маса, вклучувајќи го и самиот Хигсов бозон. Од особена важност е тоа што добивањето на вакуумска очекувана вредност спонтано ја нарушува електрослабата баждарна симетрија, која научниците честопати ја нарекуваат Хигсов механизам. Ова е наједноставниот механизам што може да им даде маса на баждарните бозони, истовремено придржувајќи се до баждарните теории. Ова поле во суштина е аналогно на базен со мед кој „се фаќа“ за инаку безмасните фундаментални честички како што поминуваат преку полето („базенот“), претворајќи ги во честички со маса и облик, на пример во делови од атомот. Проф Дејвид Џ. Милер од Универзитетскиот колеџ во Лондон има дадено просто објаснување за Хигсовиот бозон ([1]) и има добиено награда за тој јасен и луциден опис на оваа сложена теорија.

Во стандардниот модел, Хигосово поле се состои од две неутрални полиња и две полиња под набој. Обете полиња под набој и едното неутрално поле се Голдстонови бозони, кои делуваат како надолжни третополаризациски компоненти на масните W+, W и Z бозони. Квантот на преостанатата неутрална компонента соодветствува на масниот Хигсов бозон. Бидејќи Хигсовото поле е скаларно поле, Хигсовиот бозон нема спин, и затоа нема свој момент на импулс (аголна сила). Хигсовиот бозон исто така е античестичка самиот на себе и е CP-парен.

Стандардниот модел не ја предвидува масата на Хигсовиот бозон. Ако таа маса изнесува помеѓу 115 и 180 GeV/c2, тогаш стандардниот модел може да важи за сите енергетски скали сè до Планковата скала (1016 TeV). Многу теоретичари очекуваат да се појави физика вон Стандарниот модел на TeV-скалата, на основа на незадоволителните својства стандарниот модел. Највисоката можна дозволена скала за масата на Хигсовиот бозон (или некој друг механизам на нарушување на електрослабата симетрија) изнесува 1.4 TeV; над оваа точка стандардниот модел станува недоследен без ваков механизам бидејќи во извесни проецеси на распрснување се нарушува унитарноста. Многу модели на суперсиметријата предвидуваат дека најлесниот Хигсов бозон (или неколку такви) ќе има маса само малку над сегашните експериментални граници, околу 120 GeV или помалку.

Суперсиметричните дополнување на стандарндиот модел (т.н. SUSY) предвидуваат постоење на цели семејства на Хигсови бозони, наспроти само една Хигсова честичка според стандардниот модел. Од сите SUSY модели, Минималното суперсиметрично дополнување (MSSM) Хигсовиот механизам дава најмал број на Хигсови бозони: постојат два Хигсови дублета, што води до постоењето на квинтет од скаларни честички: два CP-парни неутрални Хигсови бозони h и H, еден CP-непарен неутраен Хигсов бозон A, и две Хигсови честички H± под набој.

Експериментална потрага[уреди]

Фејнманов дијаграм на еден можен начин на добивање на Хигсовиот бозон со Големиот хадронски судирач. Тука два глуона се разградуваат во врвен/антиврвен пар, кои потоа се соединуваат и образуваат неутрален Хигс.
Фејнманов дијаграм на друг потенцијален начин на добивање на Хигсовиот бозон со Големиот хадронски судирач. Тука секој од двата кварка оддава W или Z бозон, кои потоа се соединуваат и образуваат неутрален Хигс.

Досега (јан. 2010) Хигсовиот бозон не е пронајден по експериментален пат, и покрај големиот труд вложен во опитите со забрзувачи во ЦЕРН и Фермилаб. Насобраните податоци од Големиот електрон-позитронски судирач во ЦЕРН дозволуваат пониска експериментална граница за масата на Хигсовиот бозон според стандардниот модел од досегашната 114,4 GeV/c2 со ниво на увереност од 95%. Истиот опит има предизвикано мал број на случувања што можат да се протолкуваат како резултат од присуството на Хигсови бозони со маса малку над споменатата крајна граница од 115 GeV, но бројот на случувањата не недоволен за да може да се дојде до заклучок.[9] Големиот електрон-позитронски судирач е затворен во 2000 г. заради изградбата на неговиот наследник Големиот хадронски судирач (ГХС). Големиот хадронски судирач започнал со вршење на правилни опити при крајот на 2009 г. по поправката на нефункционалните магнети при првичното баждарење (калибрација), и се очекува да го потврди или отфрли постоењето на Хигсовиот бозон.[10][11]

Во Фермилаб потрагата по Хигсовиот бозон и понатаму продолжува. Според збирните податоци од експериментите CDF и DØ во Теватронот се доволни за да го исклучат Хигсовиот бозон од опсегот помеѓу 160 GeV/c2 и 170 GeV/c2 со увереност од 95%.[12] Научниците продолжуваат да собираат податоци со цел да се покачи долната граница на овој опсег.

Се смета дека е можно индиректно да се процени масата на Хигсовиот бозон. Во стандардниот модел, Хигсот има ред нус-ефекти; за најважен се смета Хиговите јамки резултираат во мали исправки на W и Z масите. За порпиближна проценка на масата на Хигсовиот бозон може да се користат прецизни мерења на електрослаби параметри, како Фермиевата константа и на масите на W/Z бозоните. Досега мерењата покажуваат дека масата на Хигсовиот бозон според стандардниот модел не може да е повисока од 285 GeV/c2 со увереност од 95%, и ја проценуваат масата на Хигсовиот бозон на 129+74
−49
 GeV/c2
(околу 138 протонски маси).[13] Електрослабите мерења ја исклучуват можноста масата да биде повисока од 186 GeV со 95% увереност. Меѓутоа треба да се има на ум дека овие ограничувања се водат по претпоставката дека стандардниот модел е точен. Хигсовиот бозон може да се пронајде и над 186 GeV ако се јави заедно со други честички помеѓу стандардниот модел и GUT-скалата.

Начелно, Хигсовата честичка не се очекува да е поврзана со темната материја бидејќи (i) Хигсовото поле директно не содејствува со светлосните квантови (т.е. фотоните), додека пак сепак едновремено (ii) создава маса.

Алтернативи за нарушувањето на електрослабата симетрија[уреди]

Предложени се и неколку алтернативи на Хигсовиот механизам. Сите овие алтернативни механизми користат силно-заемодејствителна механика за добивање на вакуумската очекувана вредност коа ја нарушува електрослабата симетрија. Еве делумен список на алтернативните механизми:

  • Техниколор[14] е класа на модели што се обидуваат да ја имитираат динамиката на силното заемодејство како начин на нарушување на електрослабата симетрија.
  • Вондимензионални безхигсови модели, каде улогата на Хигсово поле ја игра петта компонента на баждарното поле.[15]
  • Абот-Фархиеви модели на мешовити W и Z векторски бозони.[16]

Поврзано[уреди]

Белешки[уреди]

  1. http://www.cnn.com/2009/TECH/11/11/lhc.large.hadron.collider.beam/index.html
  2. „Race for 'God particle' heats up“. „BBC News“. 17 февруари 2009. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7893689.stm. конс. 5 јануари 2010. 
  3. Англер, Франсоа; Брут, Робер (1964), „Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons“, „Physical Review Letters13: 321–23, doi:10.1103/PhysRevLett.13.321 
  4. Хигс, Питер (1964), „Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons“, „Physical Review Letters13: 508–509, doi:10.1103/PhysRevLett.13.508 
  5. Гуралник, Џералд; Хаген, Карл Ричард; Кибл, Том (1964), „Global Conservation Laws and Massless Particles“, „Physical Review Letters13: 585–587, doi:10.1103/PhysRevLett.13.585 
  6. Guralnik, Gerald S. (2009), „The History of the Guralnik, Hagen and Kibble development of the Theory of Spontaneous Symmetry Breaking and Gauge Particles“, „International Journal of Modern Physics“ A24: 2601–2627, doi:10.1142/S0217751X09045431, arΧiv:0907.3466 
  7. Physical Review Letters - 50th Anniversary Milestone Papers, http://prl.aps.org/50years/milestones#1964 
  8. American Physical Society - J. J. Sakurai Prize Winners, http://www.aps.org/units/dpf/awards/sakurai.cfm 
  9. W.-M. Yao и др. (2006). „Searches for Higgs Bosons Review of Particle Physics“. „Journal of Physics G“ 33: 1. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. http://pdg.lbl.gov/2006/reviews/higgs_s055.pdf Searches for Higgs Bosons. 
  10. „CERN management confirms new LHC restart schedule“. ЦЕРН Press Office. 9 февруари 2009. http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2009/PR02.09E.html. конс. 10 февруари 2009. 
  11. „CERN reports on progress towards LHC restart“. ЦЕРН Press Office. 19 јуни 2009. http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2009/PR09.09E.html. конс. 21 јули 2009. 
  12. "Fermilab experiments constrain Higgs mass". Соопштение за печат.
  13. "H0 Indirect Mass Limits from Electroweak Analysis."
  14. S. Dimopoulos and Leonard Susskind (1979). „Mass Without Scalars“. „Nuclear Physics B“ 155: 237–252. doi:10.1016/0550-3213(79)90364-X. 
  15. C. Csaki and C. Grojean and L. Pilo and J. Terning (2004). „Towards a realistic model of Higgsless electroweak symmetry breaking“. „Physical Review Letters92: 101802. doi:10.1103/PhysRevLett.92.101802. arΧiv:hep-ph/0308038. 
  16. L. F. Abbott and E. Farhi (1981). „Are the Weak Interactions Strong?“. „Physics Letters B101: 69. doi:10.1016/0370-2693(81)90492-5. 

Наводи[уреди]

Литература[уреди]

Надворешни врски[уреди]

Македонски[уреди]

Англиски[уреди]