Мечты о бозоне Хиггса

Однажды осенним утром в 2009 году эта трое физиков сгрудилась вокруг экрана компьютера в небольшом офисе с видом на Бродвей в Нью-Йорке. Они надели самую красивую одежду - даже аспиранты были с запонками - и приготовили бутылку шампанского.

Конечно, они были не единственными физиками, гоняющимися за бозоном Хиггса. В Женеве команда из сотен физиков с машиной за 8 миллиардов долларов под названием Большой адронный коллайдер тоже охотились за ней. Но вскоре после первого запуска на БАК случился сбой, и он ушел на ремонт, открыв окно для трех парней из Нью-Йорка, которым они хотели воспользоваться.

Ключом их стратегии был коллайдер, который демонтировали в 2001 году, чтобы освободить место для более мощного БАК. За 10 000 долларов в эквиваленте компьютерного времени, они хотели показать, что Большой электро-позитронный коллайдер сделал десятки бозонов Хиггса, но никто не заметил этого.

«Перед нами тогда были два возможных мира, - говорил физик Кайл Кранмер, лидер группы. - В одном мы находим Хиггса, и сказка физиков сбывается. Мы могли разделить Нобелевскую премию на троих. В другом Хиггс до сих пор не обнаружен, и вместо того, чтобы побороть БАК, нам приходится возвращаться работать на БАК».

Кранмер провел годы, работая на обоих коллайдерах, начиная в качестве аспиранта на Большом электрон-позитронном коллайдере. Он входил в статистическую группу из 100 человек, которые прочесывали терабайты данных БЭПК в поисках новых частиц. «Все думали, что мы ищем очень тщательно. Но наше мировоззрение было окрашено идеями, которые были популярны в то время».

Спустя несколько лет он понял, что старые данные могут выглядеть совершенно по-другому в свете новой теории.

И как детективы в поисках доказательств, группа ученых решила доказать, что Хиггс и некоторые суперсимметричные партнеры замешаны в преступлении и все время прятались за спинами зевак.

Мечты о бозоне Хиггса

В настоящее время бозон Хиггса рассматривается в качестве важнейшего компонента Стандартной модели в физике, теории, которая описывает все известные частицы и их взаимодействия. Но в 60-х годах, еще до признания Стандартной модели, Хиггс был частью теоретического исправления радиоактивной проблемы.

Дело в том, что иногда атом одного элемента внезапно превращается в атом другого элемента в процессе радиоактивного распада. Например, атом углерода может распадаться на атом азота, испуская две субатомные частицы света. (Радиоуглеродное датирование окаменелостей - разумное использование этого процесса). Физики пытаются описать распад, используя уравнения, но попадают в тупик - математика предсказывает, что достаточно горячий атом должен распадаться бесконечно быстро, что физически невозможно.

Чтобы исправить это, они ввели теоретический промежуточный шаг в процесс распада, с участием доселе невиданной частицы, которая существует только в течение триллионной триллионной доли секунды. При этом эта частица - названная W-бозоном - должна весить в 10 раз больше атома углерода, который начинает процесс. Тогда математика заработает.

Чтобы объяснить причудливо большую массу W-бозона, три группы физиков независимо друг от друга пришли к одной идее: новое физическое поле. Так же, как ваши ноги наливаются свинцом, когда вы бредете по неглубокому дну моря, W-бозон кажется тяжелым, потому что проходит через то, что стало известно как поле Хиггса (названное в честь Питера Хиггса, члена одной из трех команд). Волны, вздымаемые движением в этой области, благодаря принципу корпускулярно-волнового дуализма, становятся частицами - бозонами Хиггса.

Их решение сводится к следующему: радиоактивный распад требует наличия тяжелого бозона Хиггса, бозон Хиггса требует поля Хиггса, а нарушения в поле Хиггса производят бозоны Хиггса. «Объяснение» радиоактивного распада с участием одного ненайденного поля и двух нераскрытых частиц может показаться смешным. Но физики - теоретики с очень хорошей репутацией.

Грязная наука

Как узнать, что теоретическая частица реальна? К тому времени, когда Кранмер достиг совершеннолетия, уже сложился установленный порядок. Для доказательства новых частиц вы сталкиваете вместе старые, хорошо известные частицы. Сильно сталкиваете. Это работает, потому что формула E=mc^2 означает, что энергию можно обменять на материю; другими словами, энергия - это взаимозаменяемая валюта субатомного мира. Сконцентрируйте достаточно энергии в одном месте - и появятся даже самые экзотические и тяжелые частицы. Правда, они моментально взорвутся. Единственный способ выяснить, что там было - это проанализировать обломки частиц

Источник:vesti.lv