Бозон Хиггса.
Подобная идея используется для построения теории всех взаимодействий, а соответствующий вид симметрии называется "локальной калибровочной инвариантностью". Однако при этом возникает проблема. Обязательным требованием к уравнениям для любого физического поля является инвариантность по отношению к преобразованиям Лоренца. А это выполняется только в том случае, если масса кванта поля равна нулю. Из таблицы 1 видно, что кванты электромагнитного, сильного и гравитационного полей являются безмассовыми (т.е. имеют нулевую массу покоя), но кванты-переносчики слабых взаимодействий имеют довольно большие массы. Такая же проблема возникает и при объяснении значений масс у других элементарных частиц. Можно сказать, что внутренние симметрии запрещают элементарным частицам иметь ненулевые массы покоя, что, конечно, противоречит экспериментальным данным. Этот вопрос - об объяснении различных значений масс у элементарных частиц - оставался до последнего времени нерешенным в стандартной модели.
Для объяснения этого противоречия в 1964 году Ф.Энглер (F.Englert) и Р.Браут (R.Brout) и независимо от них П.Хиггс (P.Higgs) почти одновременно предположили, что существует еще одно поле, взаимодействие с которым придает частицам массу. П.Хиггс, кроме этого, предсказал существование у этого поля кванта - бозона со спином, равным нулю, поэтому гипотетический квант этого поля получил название "бозон Хиггса". Масса этой частицы, согласно сделанным тогда оценкам, должна находиться в диапазоне от 60 до 1000 Гэв. Ускорителей, на которых можно было бы обнаружить частицу с такой массой, до последнего времени не существовало, поэтому бозон Хиггса оставался единственной еще не обнаруженной экспериментально частицей стандартной модели [4, с. 12-13].
На семинаре в ЦЕРНЕ 4 июля 2012 года было объявлено об открытии новой частицы, свойства которой, как осторожно заявляют авторы открытия, соответствуют ожидаемым свойствам теоретически предсказанного бозона Хиггса - элементарного бозона Стандартной модели физики элементарных частиц. Эта новая частица (для нее принято обозначение H) не имеет электрического заряда. Масса бозона по данным одной группы экспериментов равна (125.3 ± 0.9) Гэв, по данным другой группы (126.0 ± 0.8) Гэв. Бозон H нестабилен, его время жизни примерно 10-24 с, и он может распадаться по-разному. На LHC наблюдались распады на два фотона, и на две пары: электрон-позитрон и (или) мюон-антимюон:
H → γ + γ,
H→ e- + e+ + e- + e+,
H→ e- + e+ + μ- + μ+,
H → μ- + μ+ + μ- + μ+.
Последние три распада коротко можно записать так
H → 4l,
где l - один из лептонов (электрон, позитрон, мюон). Все эти распады соответствуют предсказанным свойствам бозона Хиггса.
Все это позволяет с большой вероятностью утверждать, что бозон Хиггса открыт, и Стандартная модель получила принципиально важное экспериментальное подтверждение.
Литература.
-
Физическая энциклопедия, т.5 /Гл. ред. А.М.Прохоров. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - с. 596-608.
-
Капитонов И.М. Введение в физику ядра и частиц. - М.: УРСС, 2002.
-
Рубаков В.А. К открытию на Большом адронном коллайдере новой частицы со свойствами бозона Хиггса. - УФН, 2012, т.182, №10. - с.1017-1025.
-
Рубаков В.А. Долгожданное открытие бозона Хиггса. - Наука и жизнь, 2012, №10. - с.2-17.
-
Физическая энциклопедия, т.4 /Гл. ред. А.М.Прохоров. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. - с. 505-520.
-
Физика микромира: Маленькая энциклопедия /Гл. ред. Д.В.Ширков. - М.: "Советская энциклопедия", 1980.
-
Грин Б. Элегантная Вселенная. /Пер. с англ. под ред. В.О.Малышенко. - Изд. 2-е. - М.: Едиториал УРСС, 2005. - 288 с.
-
Аринштейн Э.А. Элементы теоретической физики: Учебное пособие. - Тюмень, Изд-во Тюменского госуниверситета, 2011. - с.103-105.