Co je to Higgsův boson a proč to bylo hledáno?

Higgsův boson ve fyzice je elementární částice, která podle vědců hraje zásadní roli ve vytváření hmoty ve vesmíru. Potvrzení nebo vyvrácení existence této částice bylo jedním z hlavních cílů využití Velkého Hadronového Collideru (LHC) - nejsilnějšího urychlovače částic na světě, který se nachází v laboratoři evropské fyziky elementárních částic (CERN) u Ženevy.

Proč bylo tak důležité najít Higgsův boson

V moderní fyzice elementárních částic existuje nějaký standardní model. Jedinou částicí, kterou tento model předpovídá a kterou vědci se již dlouhou dobu snaží najít, je nazvaný boson. Standardní model částic (podle experimentálních dat) popisuje všechny interakce a transformace mezi elementárními částicemi. Jediná "bílá skvrna" v tomto modelu však zůstala - nedostatek odpovědi na otázku o původu hmoty. Důležitost hmoty je nepochybná, protože bez ní by vesmír byl úplně jiný. Pokud by elektron neměl hmotu, potom by atomy a hmotu samy o sobě neexistovaly, neexistovala biologie a chemie, koneckonců by nebyl žádný člověk.

Aby vysvětlil koncept existence hmoty, několik fyziků, mezi nimiž byl Brit Peter Higgs, v 60. letech minulého století předložilo hypotézu o existenci takzvaného Higgsova pole. Analogicky s fotonem, který je částicemi elektromagnetického pole, Higgsovo pole vyžaduje také existenci nosné částice. Takže jednoduchými slovy jsou Higgsovy bosony částicemi, ze kterých se vytváří Higgsovo pole.

Higgsova částice a pole, které vytváří

Všechny elementární částice lze rozdělit na dva typy:

• Fermions.
• Bosons

Fermióny jsou ty částice, které nám tvoří známou hmotu, například protony, elektrony a neutrony. Bosony jsou elementární částice, které způsobují existenci různých typů interakcí mezi fermiony. Například bosony jsou foton - nosič elektromagnetické interakce, gluon je nosičem silné nebo jaderné interakce, bosony Z a W, které jsou zodpovědné za slabé interakce, tj. Za transformace mezi elementárními částicemi.

Jednoduše řečeno o Higgsovu bosonu a významu hypotézy, která vysvětluje vznik hmoty, pak bychom měli předpokládat, že tyto bosony jsou distribuovány v prostoru vesmíru a tvoří souvislé Higgsovo pole. Když tělo, atom nebo elementární částice zažijí "tření" o tomto poli, to znamená, že s ním interagujeme, tato interakce se projevuje jako existence hmoty v daném těle nebo částice. Čím silnější je tělo "hrubé" částice na Higgsově poli, tím větší je jeho hmotnost.

Jak můžete najít a kde vykopat Higgsův boson

Tento boson nemůže být detekován přímým způsobem, protože (podle teoretických údajů) po jeho vzhledu se okamžitě rozpadá na další stabilnější elementární částice. Ale částice, které se objevily po rozpadu Higgsova bosonu, již mohou být zjištěny. Jsou to "stopy", což naznačuje existenci této důležité částice.

Vědci za účelem detekce částice Higgsových bosonů srazili vysoce energetické protonové paprsky. Obrovská energie protonů při srážce je schopna proniknout do hmoty, podle známé rovnice Albert Einstein E = mc ² . V zóně kolize protonů v kolujícím zařízení existuje mnoho detektorů, které umožňují zaznamenávat vzhled a rozpad všech částic.

Teoreticky nebyla zjištěna hmota Higgsova bosonu a bylo zjištěno pouze možné množství jeho hodnot. Pro detekci částic jsou vyžadovány silné urychlovače. Large Hadron Collider (BAC) je v současnosti nejvýkonnější akcelerátor na Zemi. S jeho pomocí bylo možné protlakovat protony s energií blízkou k 14 tetraelektronvoltům (TeV). V současné době pracuje s energií okolo 8 TeV. Ale dokonce i tyto energie se ukázaly jako dostatečné k odhalení Higgsova bosonu nebo částice Boží, jak je také nazýváno mnoha.

Náhodné a skutečné události

V fyzice elementárních částic se existence události odhaduje s jistou pravděpodobností "sigma", která určuje náhodnost nebo skutečnost této události získané v experimentu. Chcete-li zvýšit pravděpodobnost události, je třeba analyzovat velké množství dat. Hledání a objevení Higgsova bosonu souvisí s takovými pravděpodobnými událostmi. K detekci této částice v LHC bylo během jedné vteřiny generováno zhruba 300 milionů kolizí, takže množství dat, které bylo potřeba analyzovat, bylo obrovské.

Můľete s důvěrou mluvit o skutečném pozorování určité události, pokud bude její "sigma" 5 nebo více. To je ekvivalentní události s mincí (pokud ho vyhoříte, a bude padat ocasy 20 krát za sebou). Tento výsledek odpovídá pravděpodobnosti menší než 0,00006%.

Jakmile je tato "nová" skutečná událost objevena, je nutné ji podrobně studovat zodpovězením otázky, zda tato událost přesně odpovídá Higgsově částice nebo je to nějaká jiná částicová látka. Proto je nutné pečlivě studovat vlastnosti produktů rozkladu této nové částice a porovnávat je s výsledky teoretických předpovědí.

BAC experimenty a objevování hmoty částic

Vyhledání hmotných částic, které byly provedeny u sběračů LHC v Ženevě a Tevatron v laboratoři Fermi ve Spojených státech, zjistilo, že Boží částice musí mít hmotnost vyšší než 114 Gv (GeV), pokud je vyjádřena ekvivalentem energie. Řekněme například, že hmotnost jednoho protonu odpovídá přibližně 1 GeV. Jiné pokusy, které byly zaměřeny na nalezení této částice, zjistily, že její hmotnost nemůže přesáhnout 158 ​​GeV.

První výsledky hledání bosonu Higgs v LHC byly předloženy v roce 2011 díky analýze dat shromážděných v koluzéru po dobu jednoho roku. Během této doby byly na tomto problému provedeny dva hlavní pokusy - ATLAS a CMS. Podle těchto experimentů má boson hmotnost mezi 116 a 130 GeV nebo mezi 115 a 127 GeV. Je zajímavé poznamenat, že v obou těchto experimentech v LHC, u mnoha indikací, je bosonová hmota v úzkém regionu mezi 124 a 126 GeV.

Peter Higgs a jeho kolega Frank Englert získali 8. října 2013 Nobelovu cenu za objevování teoretického mechanismu pro pochopení existence hmoty v elementárních částech, což bylo potvrzeno v experimentech ATLAS a CMS na LHC v CERN (Ženeva), když byl detekován experimentálně předpovězený boson.

Význam objevování Higgsovy částice pro fyziky

Když vysvětlíme objev Higgsova bosonu, můžeme říci, že to znamenalo začátek nového stupně v elementární fyzice částic, neboť tato událost poskytla nové cesty pro další studium fenoménů vesmíru. Například studium povahy a charakteristik černé hmoty, které podle obecných odhadů představuje asi 23% celého známého vesmíru, ale jehož vlastnosti zůstávají tajné pro přítomnost. Objev Boží částice umožnil uvažovat a připravit nové experimenty v LHC, které pomohou objasnit tuto záležitost.

Vlastnosti bosonu

Mnoho vlastností částice Boží, které jsou popsány ve standardním modelu elementárních částic, je nyní plně zavedeno. Tento boson má nulový odstřeď, nemá žádný elektrický náboj a barvu, takže nereaguje s jinými bosony, jako je foton a gluon. Spolupracuje však se všemi částicemi, které mají hmotu: kvarky, leptony a bosony slabých interakcí Z a W. Čím větší je hmotnost částic, tím silněji interaguje s Higgsovým bosonem. Kromě toho je tento boson protinádorový.

Hmotnost částice, její průměrná životnost a interakce mezi bosony nejsou předpověděny teorií. Tyto hodnoty lze měřit pouze experimentálně. Výsledky experimentů na LHC v CERN (Ženeva) zjistily, že hmotnost této částice leží v rozmezí 125-126 GeV a její životnost je přibližně ^10-22 sekund.

Otevřený boson a prostorová apokalypsa

Objev této částice je považován za jeden z nejdůležitějších v celé historii lidstva. Pokusy s tímto bosonem pokračují a vědci získávají nové výsledky. Jednou z nich byla skutečnost, že boson může vést vesmír k smrti. Navíc tento proces již začal (podle vědců). Podstatou problému je následující: Higgsův boson se může zhroutit sám o sobě v jakékoli části vesmíru. Tím vytvoříte energetickou bublinu, která se postupně rozšiřuje a pohlcuje vše v její cestě.

Pokud jde o to, zda je konec světa, každý vědec reaguje pozitivně. Faktem je, že existuje teorie nazývaná "Star Model". Vyjadřuje jasné prohlášení: vše má svůj počátek a konec. Podle moderních konceptů bude konec vesmíru vypadat následovně: zrychlená expanze vesmíru vede k rozptylování hmoty v prostoru. Tento proces bude pokračovat, dokud nedojde k poslední hvězdě, po níž vesmír pronikne do věčné temnoty. Po tom, co se to stane, nikdo neví.

Při objevu Higgsova bozonu se objevila další teorie denního dne. Faktem je, že někteří fyzici věří, že získaná hmotnost bosonu je jednou z možných temporálních hmot, existují i ​​jiné hodnoty. Tyto hodnoty hmotnosti mohou být také realizovány, protože (v jednoduchých termínech) je Higgsův boson elementární částice, která může vykazovat vlnové vlastnosti. To znamená, že existuje pravděpodobnost přechodu do stabilnějšího stavu, který odpovídá větší hmotnosti. Pokud dojde k takovému přechodu, pak všechny přírodní zákony, které člověk zná lidem, budou mít jiný vzhled, takže přijde konec známého vesmíru. Kromě toho by se tento proces mohl objevit již v jakékoli části vesmíru. Lidstvo nemá pro svoji existenci moc času.

Výhody LHC a dalších urychlovačů částic pro společnost

Technologie, které se vyvíjejí pro urychlovače částic, jsou také užitečné pro medicínu, informatiku, průmysl a životní prostředí. Například magnety srážeče vyrobené ze supravodivých materiálů, se kterými mohou být zrychleny elementární částice, mohou být použity pro lékařské diagnostické technologie. Moderní detektory různých částic vytvořených v koluzoru mohou být použity v pozitronové tomografii (pozitron je antičástice elektronu). Kromě toho technologie pro tvorbu nosníků z elementárních částic v LHC může být použita pro léčení různých onemocnění, například rakovinových nádorů.

Pokud jde o přínosy výzkumu využívajícího technologii LAB v CERN (Ženeva) pro informační technologie, je třeba říci, že globální počítačová síť GRID, stejně jako samotný internet, v mnoha ohledech vděčí za experimenty s urychlovačem částic, který produkoval obrovské množství dat. Potřeba výměny těchto údajů mezi vědci po celém světě vedla k vytvoření jazyka CWB Timem Burnels-Lee z WWW, na němž je založen internet.

Částicové paprsky, které byly vytvořeny a vytvořeny v různých druzích urychlovačů, jsou nyní v průmyslu široce používány ke studiu vlastností nových materiálů, struktury biologických objektů a výrobků chemického průmyslu. Úspěchy fyziky elementárních částic se používají pro konstrukci panelů sluneční energie, pro zpracování radioaktivního odpadu a tak dále.

Vliv objevu Higgsovy částice na literaturu, film a hudbu

Následující skutečnosti svědčí o senzační zprávě o objevu částice hmoty ve fyzice:

• Po objevení této částice je populární vědecká kniha "Částicová Boží: pokud je odpověď Vesmír, tak jaká je otázka?" Leo Liderman. Fyzici věří, že volání Higgsova bozónu jako částice Boží je přehnané.
• Ve filmu "Andělé a démoni", který je založen na stejnojmenné knize, se také používá název bosonické "částice Boží".
• Ve sci-fi filmu "Solaris", ve kterém jsou hlavními postavami George Clooney a Natasha Makehone, je teorie pokročila, která zmiňuje oblast Higgsa a jeho důležitou úlohu při stabilizaci subatomických částic.
• Ve sci-fi knize "Flashforward", napsané Robertem Sawyerem v roce 1999, se dva vědci stali příčinou globální katastrofy, když vyvíjeli experimenty na Higgsův boson.
• Španělská série "Ark" vypráví o globální katastrofě, při níž byly všechny kontinenty zaplaveny v důsledku experimentů na Large Hadron Collider a přežili pouze lidé na lodi "Polární hvězda".
• Hudební skupina z Madridu "Aviador Dro" ve svém albu "The Voice of Science" zasvětila písničku nalezenému masovému bosonu.
• Australský zpěvák Nick Cave ve svém albu "Push the Sky Away" jeden z písní nazvaný "The Blue Higgs Boson."