Oddiy til bilan aytganda, Xiggs bozoni barcha davrlarning eng qimmat zarrasi hisoblanadi. Agar, masalan, elektronni kashf qilish uchun vakuum naychasi va bir nechta yorqin aql etarli bo'lsa, Xiggs bozonini izlash Yerda kamdan-kam uchraydigan eksperimental energiyani yaratishni talab qildi. Katta adron kollayderi tanishtirishga muhtoj emas, u eng mashhur va muvaffaqiyatli ilmiy tajribalardan biridir, ammo uning profil zarrasi, avvalgidek, aholining ko'pchiligi uchun sir bo'lib qolmoqda. Uni Xudo zarrasi deb atashgan, biroq minglab olimlarning sa'y-harakatlari tufayli biz uning mavjudligini endi imon asosida qabul qilishimiz shart emas.
Oxirgi noma'lum
Xiggs bozoni nima va uni kashf qilishning ahamiyati nimada? Nega bu juda ko'p shov-shuv, moliyalashtirish va noto'g'ri ma'lumotlar mavzusiga aylandi? Ikki sababga ko'ra. Birinchidan, bu fizikaning standart modelini tasdiqlash uchun zarur bo'lgan oxirgi ochilmagan zarra edi. Uning kashfiyoti ilmiy nashrlarning butun avlodi behuda ketmaganligini anglatardi. Ikkinchidan, bu bozon boshqa zarrachalarga o'z massasini beradi, bu esa unga alohida ma'no va qandaydir "sehr" beradi. Biz o'ylashga moyilmizmassa narsalarning o'ziga xos xususiyati sifatida, lekin fiziklar boshqacha fikrda. Oddiy qilib aytganda, Xiggs bozoni zarracha bo'lib, ularsiz massasi printsipial jihatdan mavjud bo'lmaydi.
Yana bitta maydon
Buning sababi Xiggs maydonida yotadi. Bu Xiggs bozonidan oldin ham tasvirlangan, chunki fiziklar uni o'zlarining nazariyalari va kuzatishlari ehtiyojlari uchun hisoblab chiqdilar, bu esa butun koinotga ta'sir qiladigan yangi maydon mavjudligini talab qildi. Koinotning yangi komponentlarini ixtiro qilish orqali gipotezalarni mustahkamlash xavflidir. O'tmishda, masalan, bu efir nazariyasini yaratishga olib keldi. Ammo matematik hisob-kitoblar qanchalik ko'p amalga oshirilsa, fiziklar Xiggs maydoni haqiqatda mavjud bo'lishi kerakligini tushunishdi. Yagona muammo uni kuzatishning amaliy vositalarining yo'qligi edi.
Fizikaning standart modelida elementar zarralar butun fazoni qamrab oluvchi Xiggs maydonining mavjudligiga asoslangan mexanizm orqali massa oladi. U koʻp energiya talab qiluvchi Xiggs bozonlarini hosil qiladi va bu olimlarga yuqori energiyali tajribalar oʻtkazish uchun zamonaviy zarracha tezlatgichlariga ehtiyoj sezilishining asosiy sababidir.
Masa qayerdan keladi?
Zaif yadroviy oʻzaro taʼsirlarning kuchi masofa ortishi bilan tez kamayadi. Kvant maydon nazariyasiga ko'ra, bu uning yaratilishida ishtirok etuvchi zarralar - W- va Z-bozonlar massasi bo'lmagan glyuonlar va fotonlardan farqli ravishda massaga ega bo'lishi kerakligini anglatadi.
Muammo shundaki, oʻlchov nazariyalari faqat massasiz elementlar bilan bogʻliq. Agar o'lchagich bozonlari massaga ega bo'lsa, unda bunday gipotezani asosli ravishda aniqlash mumkin emas. Higgs mexanizmi Higgs maydoni deb ataladigan yangi maydonni joriy qilish orqali bu muammodan qochadi. Yuqori energiyalarda o'lchovli bozonlar massaga ega emas va gipoteza kutilganidek ishlaydi. Kam energiyada maydon simmetriya buzilishiga olib keladi, bu elementlar massaga ega boʻlishiga imkon beradi.
Xiggs bozoni nima?
Xiggs maydoni Xiggs bozonlari deb ataladigan zarralarni hosil qiladi. Ularning massasi nazariya bilan aniqlanmagan, ammo tajriba natijasida 125 GeV ga teng ekanligi aniqlangan. Oddiy qilib aytganda, Xiggs bozoni o'zining mavjudligi bilan standart modelni qat'iy tasdiqladi.
Mexanizm, dala va bozon Shotlandiya olimi Piter Xiggs nomi bilan atalgan. Garchi u bu tushunchalarni birinchi bo'lib taklif qilmagan bo'lsa-da, lekin fizikada tez-tez bo'lgani kabi, u shunchaki tasodifan ularga atalgan kishi bo'ldi.
Buzilgan simmetriya
Xiggs maydoni massaga ega bo'lmasligi kerak bo'lgan zarralar sodir bo'lishi uchun javobgar deb hisoblangan. Bu har xil massaga ega bo'lgan massasiz zarralarni beradigan universal vositadir. Simmetriyaning bunday buzilishi yorug'likka o'xshashlik bilan izohlanadi - barcha to'lqin uzunliklari vakuumda bir xil tezlikda harakat qiladi, prizmada esa har bir to'lqin uzunligini ajratib ko'rsatish mumkin. Bu, albatta, noto'g'ri o'xshatish, chunki oq yorug'lik barcha to'lqin uzunliklarini o'z ichiga oladi, ammo misol qanday qilib ko'rsatilganXiggs maydoni tomonidan massa hosil bo'lishi simmetriyaning buzilishi bilan bog'liq ko'rinadi. Prizma yorug'likning turli to'lqin uzunliklari tezligining simmetriyasini bir-biridan ajratish orqali buzadi va Xiggs maydoni aks holda nosimmetrik massasiz bo'lgan ba'zi zarralarning massalari simmetriyasini buzadi deb hisoblanadi.
Xiggs bozonini oddiy so'zlar bilan qanday tushuntirish mumkin? Yaqinda fiziklar agar Higgs maydoni haqiqatan ham mavjud bo'lsa, uning ishlashi kuzatilishi mumkin bo'lgan xususiyatlarga ega tegishli tashuvchining mavjudligini talab qilishini tushunishdi. Bu zarracha bozonlarga tegishli deb taxmin qilingan. Oddiy qilib aytganda, Xiggs bozoni koinotning elektromagnit maydonining tashuvchisi bo'lgan fotonlar kabi tashuvchi kuch deb ataladi. Fotonlar, qaysidir ma'noda, uning mahalliy qo'zg'alishlari, xuddi Xiggs bozoni o'z maydonining mahalliy qo'zg'atuvchisi. Fiziklar kutgan xossalarga ega boʻlgan zarracha mavjudligini isbotlash, aslida, maydon mavjudligini toʻgʻridan-toʻgʻri isbotlash bilan barobar edi.
Tajriba
Koʻp yillik rejalashtirish Katta adron kollayderiga (LHC) Xiggs bozoni nazariyasini potentsial rad etishning dalili boʻlishiga imkon berdi. 27 km uzunlikdagi o'ta kuchli elektromagnitlarning halqasi zaryadlangan zarralarni yorug'lik tezligining sezilarli ulushigacha tezlashtirishi mumkin, bu ularni tarkibiy qismlarga ajratish uchun etarlicha kuchli to'qnashuvlarni keltirib chiqaradi, shuningdek, ta'sir nuqtasi atrofidagi bo'shliqni deformatsiya qiladi. Hisob-kitoblarga ko'ra, etarlicha yuqori darajadagi to'qnashuv energiyasida bozonni zaryadlash mumkin, shunda u parchalanadi va bu bo'lishi mumkin.tomosha qiladi. Bu energiya shunchalik katta ediki, ba'zilar hatto vahima qo'zg'ashdi va dunyoning oxirini bashorat qilishdi, boshqalarning fantaziyasi shu qadar uzoqqa bordiki, Xiggs bozonining kashfiyoti muqobil o'lchovni ko'rib chiqish imkoniyati sifatida tasvirlangan.
Yakuniy tasdiqlash
Dastlabki kuzatishlar haqiqatda bashoratlarni inkor qilgandek tuyuldi va zarrachadan hech qanday alomat topilmadi. Milliardlab dollar sarflash kampaniyasida ishtirok etgan tadqiqotchilarning ba'zilari hatto televidenieda paydo bo'lishdi va ilm-fan nazariyasini rad etish uni tasdiqlash kabi muhim ekanligini muloyimlik bilan ta'kidladilar. Biroq, bir muncha vaqt o'tgach, o'lchovlar katta rasmga qo'shila boshladi va 2013 yil 14 martda CERN zarracha mavjudligining tasdiqlanishini rasman e'lon qildi. Bir nechta bozonlar mavjudligini tasdiqlovchi dalillar mavjud, ammo bu fikr qoʻshimcha oʻrganishga muhtoj.
CERN zarracha kashf etilganini e'lon qilganidan ikki yil o'tib, Katta adron kollayderida ishlaydigan olimlar buni tasdiqlashga muvaffaq bo'lishdi. Bu bir tomondan ilm-fanning ulkan g‘alabasi bo‘lsa, ikkinchi tomondan ko‘plab olimlarning hafsalasi pir bo‘ldi. Agar kimdir Xiggs bozonining standart modeldan tashqarida g'alati va ajoyib hududlarga - supersimmetriya, qorong'u materiya, qorong'u energiyaga olib keladigan zarracha bo'lishiga umid qilgan bo'lsa, afsuski, bunday bo'lmagan.
Nature Physics jurnalida chop etilgan tadqiqot fermionlarga parchalanishini tasdiqladi. Standart model, oddiy qilib aytganda, bozonni bashorat qiladiXiggs fermiyonlarga o'z massasini beradigan zarradir. Nihoyat, CMS kollayderining detektori ularning fermiyonlarga - daun kvarklari va tau leptonlarga parchalanishini tasdiqladi.
Xiggs bozoni oddiy so'z bilan aytganda: bu nima?
Bu tadqiqot nihoyat bu zarrachalar fizikasining standart modeli tomonidan bashorat qilingan Xiggs bozoni ekanligini tasdiqladi. U 125 GeV massa-energiya mintaqasida joylashgan, spinga ega emas va ko'plab engilroq elementlarga - fotonlar, fermionlar va boshqalar juftlariga parchalanishi mumkin. Buning sharofati bilan biz ishonch bilan aytishimiz mumkinki, Xiggs bozoni, sodda qilib aytganda, zarracha hamma narsaga massa beradi.
Yangi ochilgan elementning standart xatti-harakatidan hafsalamiz pir boʻldi. Agar uning parchalanishi biroz boshqacha bo'lganida edi, u fermionlar bilan boshqacha bog'liq bo'lar edi va tadqiqotning yangi yo'llari paydo bo'lar edi. Boshqa tomondan, bu biz tortishish, qorong'u energiya, qorong'u materiya va voqelikning boshqa g'alati hodisalarini hisobga olmaydigan Standart Modeldan bir qadam ham nariga o'tmaganimizni anglatadi.
Endi ularga nima sabab boʻlganini faqat taxmin qilish mumkin. Eng ommabop nazariya supersimmetriya bo'lib, u standart modeldagi har bir zarrachaning aql bovar qilmaydigan darajada og'ir super sherigiga ega ekanligini ta'kidlaydi (shunday qilib koinotning 23 foizini tashkil qiladi - qorong'u materiya). Kollayderni yangilash, uning to'qnashuv energiyasini 13 TeV ga ikki baravar oshirish, ehtimol bu super zarralarni aniqlash imkonini beradi. Aks holda, supersimmetriya LHC ning yanada kuchli vorisi qurilishini kutishga to'g'ri keladi.
Keyingi istiqbollar
Xo'sh, Xiggs bozonidan keyin fizika qanday bo'ladi? LHC yaqinda sezilarli yaxshilanishlar bilan o'z ishini davom ettirdi va antimateriyadan tortib to qorong'u energiyagacha hamma narsani ko'rishga qodir. Qorong'u materiya oddiy materiya bilan faqat tortishish va massa hosil qilish orqali o'zaro ta'sir qiladi va Xiggs bozonining ahamiyati bu qanday sodir bo'lishini tushunish uchun kalit hisoblanadi. Standart modelning asosiy kamchiligi shundaki, u tortishish ta'sirini tushuntirib bera olmaydi - bunday modelni Katta yagona nazariya deb atash mumkin - va ba'zilar zarracha va Xiggs maydoni fiziklar juda umidsiz bo'lgan ko'prik bo'lishi mumkinligiga ishonishadi.
Xiggs bozonining mavjudligi tasdiqlangan, ammo uning to'liq tushunchasi hali juda uzoqdir. Kelajakdagi tajribalar supersimmetriyani va uning qorong'u materiyaga parchalanishi g'oyasini rad etadimi? Yoki ular Standart Modelning Xiggs bozonining xususiyatlari haqidagi bashoratlarining har bir so'nggi tafsilotini tasdiqlaydi va bu tadqiqot sohasini abadiy tugatadimi?
