Наблюдаването На Разпад На Хигс Босън Отваря Нови Врати За Физика На Частиците

{h1}

Учените най-накрая наблюдават бозоните на хигс, разпадащи се в двойки от материя антиматерия от дънни кварки, които могат да хвърлят светлина върху по-фундаментална физика.

Ако сте почитател на науката през последните няколко години, сте наясно с вълнуващите резултати, които се появяват от Големия адронен колайдер (LHC), който през 2012 г. откри бозона на Хигс, субатомната частица, отговорна за даването на маса на фундаментални субатомни частици.

Днес физиците имат още едно вълнуващо съобщение, което да добавят към сагата за Хигс: Те направиха първото недвусмислено наблюдение на бозоните на Хигс, разпадащи се в материално-антиматериална двойка на дънните кварки. Изненадващо, бозоните на Хигс се разпадат най-често по този начин.

Новото съобщение показва силно съгласие между теоретичните прогнози и експерименталните данни, което от своя страна би могло да постави стриктни ограничения върху идеите за по-фундаментална физика, които се стремят да обяснят защо бозонът на Хигс дори съществува.

Поле на мечти

През 60-те години на миналия век изследователите изследвали връзките между силата на електромагнетизма и слабата ядрена сила, която е отговорна за някои видове радиоактивни разложения. Въпреки че двете сили изглеждаха различими, се оказа, че и двете произлизат от обща и по-основна сила, сега наричана сила на електроослабване.

Имаше обаче проблем. Най-простото проявление на теорията предвиждаше, че всички частици имат нулева маса. Още през 60-те физиците знаеха, че субатомните частици имат маса, така че това е потенциално фатален недостатък.

Няколко групи учени предложиха решение на този проблем: Поле прониква във Вселената и то се нарича Хигс поле. Фундаментални субатомни частици взаимодействаха с това поле и това взаимодействие им даде своята маса. [6 последствия от намирането на Хигс Босон]

Съществуването на полето също предполага съществуването на субатомна частица, наречена Хигс бозон, която най-накрая беше открита през 2012 г. от изследователи, работещи в лабораторията на Европейската организация за ядрени изследвания (CERN) в Швейцария. (Разкритие: Аз съм сътрудник на една от изследователските групи, които направиха първоначалното откритие, както и днешното съобщение.) За прогнозите си за полето Хигс британският физик Питър Хигс и белгийският физик Франсоа Енглерт споделяха Нобеловата награда за физика за 2013 г.

Намиране на долните кварки

Бозоните на Хигс се правят при високоенергийни сблъсъци между двойки частици, които са ускорени до почти скоростта на светлината. Тези бозони не живеят много дълго - само около 10 ^ минус 22 секунди. Частица с този живот, пътуваща със скоростта на светлината, ще се разпадне много преди да измине разстояние с размерите на атом. По този начин е невъзможно директно да наблюдаваме бозоните на Хигс. Възможно е само да се наблюдават продуктите им на разпад и да се използват за извеждане на свойствата на родителския бозон.

Бозоните на Хигс имат маса от 125 гигаелектронни волта (GeV) или една, която е около 133 пъти по-тежка от протона. Изчисленията от добре утвърдена теория предвиждат, че Хигс бозони се разделят на двойки от следните частици в следните проценти: дънни кваркове (58 процента), W бозони (21 процента), Z бозони (6 процента), тау лептони (2,6 процента) и фотони ( 0,2 процента). Повечето екзотични конфигурации съставляват останалата част. Един от ключовите резултати на днешното съобщение беше да се провери дали прогнозата е правилна за дъновите квакове. [Странни кварки и муони, о, мои! Най-малките частици на природата са разсечени]
Когато физиците обявиха откриването на бозона на Хигс през 2012 г., те разчитаха на неговия разпад в Z бозони, W бозони и фотони, но не в дънни кварки. Причината всъщност е изключително проста: Тези конкретни разложения са много по-лесни за идентифициране.
При енергиите на сблъсък, налични в LHC, бозоните на Хигс се правят само в един сблъсък на всеки 1 милиард. Огромният брой сблъсъци в LHC възникват чрез взаимодействието на силната ядрена сила, която е (далеч) най-силната от субатомните сили и е отговорна за държането на ядрото на атомите заедно.

Проблемът е, че при взаимодействия, включващи силната сила, производството на чифт антиматериална двойка дънни кварки е наистина често срещано. По този начин производството на дънни кваркове от бозони на Хигс, разпадащи се в дънни кварки, е изцяло залято от двойки дънни кварки, направени от по-обикновени процеси. Съответно по същество е невъзможно да се идентифицират онези събития, при които дънните кваркове се получават чрез разпадането на бозоните на Хигс. Все едно се опитвате да намерите един диамант в 50-литров барабан, пълен с кубичен цирконий.

Тъй като е трудно или невъзможно да се изолират сблъсъци, при които бозоните на Хигс се разпадат в дънни кварки, учените се нуждаят от друг подход. И така, изследователите потърсиха различен клас събития - сблъсъци, при които бозон на Хигс се произвеждаше едновременно с W или Z бозон. Изследователите наричат ​​този клас сблъсъци "свързано производство".

W и Z бозоните са отговорни за причиняването на слабата ядрена сила и те могат да се разпадат по отчетливи и лесно разпознаваеми начини. Асоциираното производство се среща по-рядко от неасоциираното производство на Хигс, но наличието на W или Z бозони значително повишава способността на изследователите да идентифицират събития, съдържащи Хигс бозон. Техниката на свързаното производство на Хигс бозон е въведена в Националната ускорителна лаборатория Ферми, разположена точно извън Чикаго. Поради ускорителя на частици с по-ниска енергия, лабораторията никога не можеше да твърди, че е открила бозона на Хигс, но знанията на неговите изследователи играят съществена роля в днешното съобщение.

LHC ускорителят разполага с два детектора за физика с големи частици, способни да наблюдават бозоните на Хигс - Compact Muon Solenoid (CMS) и Aroid на LHC (Toroidal LHC). Днес и двете експериментални сътрудничества обявиха наблюдението на свързаното производство на Хигс бозони, със специфичния разпад на Хигс бозоните в двойка материя-антиматерия на дънните кварки.

Теоретична лента за помощ

Макар простото наблюдение на този режим на разпад да е значителен напредък в научните знания, той има много по-важен резултат. Оказва се, че полето Хигс, предложено още през 1964 г., не е мотивирано от по-фундаментална идея. Той просто е добавен към стандартния модел, който описва поведението на субатомните частици като нещо като лента за помощ. (Преди да бъде предложено полето на Хигс, Стандартният модел предсказа безчастични частици. След като полето Хигс беше включено като ad hoc допълнение към Стандартния модел, частиците вече имат маса.) Следователно е много важно да се проучат прогнозите за вероятностите на разпад. за търсене на намеци за връзка с основата на теорията. И има по-нови и всеобхватни теории, разработени от 60-те години на миналия век, които предсказват, че може би съществува повече от един вид бог на Хигс.

По този начин е от съществено значение да се разбере скоростта, с която бозоните на Хигс се разпадат в други частици и да се сравни с прогнозираните скорости на разпад. Най-лесният начин да се илюстрира споразумението е да се отчете наблюдаваната скорост на разпад, разделена на прогнозираната скорост. По-доброто съгласие между двете ще доведе до съотношение, близко до 1. Експериментът с CMS намира отлично съгласие в днешното съобщение, като съотношението между прогнозираните и наблюдаваните скорости е 1,04 плюс или минус 0,20, а измерването на ATLAS е подобно (1,01 плюс или минус 0,20). Това впечатляващо споразумение е триумф на съвременната теория, въпреки че не посочва посока към по-фундаментален произход на явленията на Хигс.

LHC ще продължи да работи до началото на декември. След това ще спре паузите в продължение на две години за обновяване и надстройки. През пролетта на 2021 г. той ще възобнови операциите със значително подобрени възможности. Очаква се ускорителят и детекторите да продължат да вземат данни през средата на 30-те години и да записват над 30 пъти повече данни, отколкото е записано досега. С увеличаването на данните и подобрените възможности е напълно възможно богът на Хигс все още да разказва истории.

Първоначално публикуван в WordsSideKick.com.

Дон Линкълн допринесе тази статия за науката на живо Гласове на експерти: Op-Ed & Insights.


Видео Добавка: .




Изследване


8 Начина Да Видите Теорията На Относителността На Айнщайн В Реалния Живот
8 Начина Да Видите Теорията На Относителността На Айнщайн В Реалния Живот

Севернокорейско Убийство: Какво Е Vx Нервен Агент?
Севернокорейско Убийство: Какво Е Vx Нервен Агент?

Наука Новини


Бабите И Дядовците И Внуците Могат Да Защитят Едно Друго Психическо Здраве
Бабите И Дядовците И Внуците Могат Да Защитят Едно Друго Психическо Здраве

Избухвания На Болести, Предвидени От Наблюдението На Градовете От Космоса
Избухвания На Болести, Предвидени От Наблюдението На Градовете От Космоса

Климатичните Колебания Могат Да Увеличат Гражданското Насилие
Климатичните Колебания Могат Да Увеличат Гражданското Насилие

Колко Интелигентен Е Напредналият Изкуствен Интелект? Опитайте Предучилищно Ниво
Колко Интелигентен Е Напредналият Изкуствен Интелект? Опитайте Предучилищно Ниво

По-Добрият Сън Може Да Помогне За Подобряване На Шизофренията
По-Добрият Сън Може Да Помогне За Подобряване На Шизофренията


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com