Պարզ բառերով ասած՝ Հիգսի բոզոնը բոլոր ժամանակների ամենաթանկ մասնիկն է: Եթե, օրինակ, վակուումային խողովակը և մի քանի փայլուն միտքը բավական էին էլեկտրոնը հայտնաբերելու համար, ապա Հիգսի բոզոնի որոնումը պահանջում էր փորձարարական էներգիայի ստեղծում, որը հազվադեպ է հանդիպում Երկրի վրա: Մեծ հադրոնային կոլայդերը ներածման կարիք չունի, լինելով ամենահայտնի և հաջողված գիտական փորձերից մեկը, սակայն նրա պրոֆիլային մասնիկը, ինչպես նախկինում, առեղծվածով պատված է բնակչության մեծ մասի համար: Այն անվանվել է Աստծո մասնիկ, սակայն բառացիորեն հազարավոր գիտնականների ջանքերի շնորհիվ մենք այլևս ստիպված չենք լինի ընդունել դրա գոյությունը հավատքի վրա:
Վերջին անհայտ
Ի՞նչ է Հիգսի բոզոնը և ո՞րն է դրա հայտնաբերման կարևորությունը: Ինչո՞ւ է այն դարձել այդքան մեծ աղմուկի, ֆինանսավորման և ապատեղեկատվության առարկա: Երկու պատճառով. Նախ, դա վերջին չբացահայտված մասնիկն էր, որն անհրաժեշտ էր ֆիզիկայի ստանդարտ մոդելը հաստատելու համար: Նրա հայտնագործությունը նշանակում էր, որ գիտական հրապարակումների մի ամբողջ սերունդ ապարդյուն չի անցել: Երկրորդ, այս բոզոնը մյուս մասնիկներին տալիս է իրենց զանգվածը, ինչը նրան տալիս է հատուկ նշանակություն և որոշակի «կախարդանք»։ Մենք հակված ենք մտածելուզանգվածը՝ որպես իրերի ներքին հատկություն, սակայն ֆիզիկոսներն այլ կերպ են մտածում։ Պարզ ասած, Հիգսի բոզոնը մասնիկ է, առանց որի զանգվածը սկզբունքորեն գոյություն չունի:
Եվս մեկ դաշտ
Պատճառը կայանում է այսպես կոչված Հիգսի դաշտում։ Այն նկարագրվել է նույնիսկ Հիգսի բոզոնից առաջ, քանի որ ֆիզիկոսներն այն հաշվարկել են իրենց սեփական տեսությունների և դիտարկումների կարիքների համար, որոնք պահանջում էին նոր դաշտի առկայությունը, որի գործողությունը կտարածվեր ամբողջ Տիեզերքի վրա: Տիեզերքի նոր բաղադրիչներ հորինելով վարկածների ամրապնդումը վտանգավոր է։ Նախկինում, օրինակ, դա հանգեցրեց եթերի տեսության ստեղծմանը: Բայց որքան շատ մաթեմատիկական հաշվարկներ արվեցին, այնքան ֆիզիկոսները հասկացան, որ Հիգսի դաշտը պետք է գոյություն ունենա իրականում: Միակ խնդիրը նրան դիտարկելու գործնական միջոցների բացակայությունն էր։
Ֆիզիկայի ստանդարտ մոդելում տարրական մասնիկները զանգված են ստանում մեխանիզմի միջոցով, որը հիմնված է Հիգսի դաշտի գոյության վրա, որը ներթափանցում է ամբողջ տարածությունը: Այն ստեղծում է Հիգսի բոզոններ, որոնք պահանջում են մեծ էներգիա, և սա է հիմնական պատճառը, որ գիտնականներին անհրաժեշտ են ժամանակակից մասնիկների արագացուցիչներ՝ բարձր էներգիայի փորձարկումներ իրականացնելու համար։
Որտեղի՞ց է գալիս զանգվածը
Թույլ միջուկային փոխազդեցությունների ուժգնությունը արագորեն նվազում է հեռավորության մեծացման հետ: Դաշտի քվանտային տեսության համաձայն՝ դա նշանակում է, որ մասնիկները, որոնք ներգրավված են դրա ստեղծման մեջ՝ W- և Z- բոզոնները, պետք է զանգված ունենան՝ ի տարբերություն գլյուոնների և ֆոտոնների, որոնք չունեն զանգված։
Խնդիրն այն է, որ չափիչ տեսությունները վերաբերում են միայն զանգված չունեցող տարրերին: Եթե չափիչ բոզոնները զանգված ունեն, ապա նման վարկածը ողջամտորեն չի կարող սահմանվել։ Հիգսի մեխանիզմը խուսափում է այս խնդրից՝ ներմուծելով նոր դաշտ, որը կոչվում է Հիգսի դաշտ: Բարձր էներգիաների դեպքում չափիչ բոզոնները զանգված չունեն, և վարկածն աշխատում է այնպես, ինչպես սպասվում էր: Ցածր էներգիաների դեպքում դաշտը առաջացնում է սիմետրիայի խախտում, որը թույլ է տալիս տարրերին զանգված ունենալ:
Ի՞նչ է Հիգսի բոզոնը:
Հիգսի դաշտը արտադրում է մասնիկներ, որոնք կոչվում են Հիգսի բոզոններ: Նրանց զանգվածը տեսականորեն չի նշվում, սակայն փորձի արդյունքում պարզվել է, որ այն հավասար է 125 ԳեՎ-ի։ Պարզ ասած, Հիգսի բոզոնը վերջնականապես հաստատել է Ստանդարտ մոդելն իր գոյությամբ:
Մեխանիզմը, դաշտը և բոզոնը կրում են շոտլանդացի գիտնական Փիթեր Հիգսի անունը։ Թեև նա առաջինը չէր, ով առաջարկեց այս հասկացությունները, բայց, ինչպես հաճախ է պատահում ֆիզիկայում, նա պարզապես պատահեց, ում անունով դրանք կոչվեցին։
Կոտրված համաչափություն
Հիգսի դաշտը համարվում էր պատասխանատու այն փաստի համար, որ մասնիկները, որոնք չպետք է զանգված ունենային: Սա ունիվերսալ միջավայր է, որն առանց զանգվածի մասնիկներին օժտում է տարբեր զանգվածներով: Համաչափության նման խախտումը բացատրվում է լույսի անալոգիայով. բոլոր ալիքների երկարությունները վակուումում շարժվում են նույն արագությամբ, մինչդեռ պրիզմայում կարելի է տարբերել յուրաքանչյուր ալիքի երկարություն։ Սա, իհարկե, սխալ անալոգիա է, քանի որ սպիտակ լույսը պարունակում է բոլոր ալիքների երկարությունները, բայց օրինակը ցույց է տալիս, թե ինչպեսՀիգսի դաշտի կողմից զանգվածի ստեղծումը, ըստ երևույթին, պայմանավորված է սիմետրիայի խախտմամբ: Պրիզման խախտում է լույսի տարբեր ալիքների երկարությունների արագության համաչափությունը՝ դրանք առանձնացնելով, և ենթադրվում է, որ Հիգսի դաշտը խախտում է որոշ մասնիկների զանգվածների համաչափությունը, որոնք այլապես սիմետրիկորեն անզանգված են:
:
Ինչպե՞ս պարզ բառերով բացատրել Հիգսի բոզոնը: Միայն վերջերս են ֆիզիկոսները հասկացել, որ եթե Հիգսի դաշտն իսկապես գոյություն ունի, ապա դրա գործարկման համար կպահանջվի համապատասխան կրիչի առկայությունը՝ հատկություններով, որոնց շնորհիվ այն կարելի է դիտարկել: Ենթադրվում էր, որ այս մասնիկը պատկանում է բոզոններին։ Պարզ ասած, Հիգսի բոզոնը, այսպես կոչված, կրող ուժն է, նույնը, ինչ ֆոտոնները, որոնք Տիեզերքի էլեկտրամագնիսական դաշտի կրողներն են։ Ֆոտոնները, ինչ-որ իմաստով, նրա տեղային գրգռումներն են, ինչպես Հիգսի բոզոնը իր դաշտի տեղային գրգռումն է։ Ֆիզիկոսների կողմից ակնկալվող հատկություններով մասնիկի գոյությունն ապացուցելը իրականում հավասարազոր էր դաշտի գոյության ուղղակի ապացուցմանը։
Փորձ
Բազմամյա պլանավորումը թույլ է տվել Մեծ հադրոնային կոլայդերին (LHC) դառնալ Հիգսի բոզոնի տեսության հնարավոր հերքման վկայությունը: Գերհզոր էլեկտրամագնիսների 27 կիլոմետրանոց օղակը կարող է արագացնել լիցքավորված մասնիկները մինչև լույսի արագության զգալի հատվածներ՝ առաջացնելով բավականաչափ ուժեղ բախումներ՝ դրանք բաժանելու իրենց բաղադրիչներին, ինչպես նաև դեֆորմացնել տարածությունը հարվածի կետի շուրջ: Ըստ հաշվարկների, բավական բարձր մակարդակի բախման էներգիայի դեպքում հնարավոր է լիցքավորել բոզոնը, որպեսզի այն քայքայվի, և դա կարող է լինել.դիտելու է. Այս էներգիան այնքան մեծ էր, որ ոմանք նույնիսկ խուճապի մատնվեցին և գուշակեցին աշխարհի վերջը, իսկ մյուսների ֆանտազիան այնքան հեռուն գնաց, որ Հիգսի բոզոնի հայտնաբերումը որակվեց որպես այլընտրանքային հարթություն փնտրելու հնարավորություն:
:
Վերջնական հաստատում
Նախնական դիտարկումները, թվում էր, իրականում հերքում էին կանխատեսումները, և մասնիկի ոչ մի նշան հնարավոր չէր գտնել: Միլիարդավոր դոլարներ ծախսելու արշավում ներգրավված որոշ հետազոտողներ նույնիսկ հայտնվեցին հեռուստատեսությամբ և հեզորեն հայտարարեցին այն փաստը, որ գիտական տեսությունը հերքելը նույնքան կարևոր է, որքան դրա հաստատումը: Որոշ ժամանակ անց, սակայն, չափումները սկսեցին լրացնել ընդհանուր պատկերը, և 2013 թվականի մարտի 14-ին CERN-ը պաշտոնապես հայտարարեց մասնիկի գոյության հաստատման մասին։ Կան ապացույցներ, որոնք վկայում են բազմաթիվ բոզոնների գոյության մասին, սակայն այս գաղափարը լրացուցիչ ուսումնասիրության կարիք ունի:
Երկու տարի անց այն բանից հետո, երբ CERN-ը հայտարարեց մասնիկի հայտնաբերման մասին, մեծ հադրոնային կոլայդերում աշխատող գիտնականները կարողացան հաստատել այն: Սա մի կողմից հսկայական հաղթանակ էր գիտության համար, իսկ մյուս կողմից՝ շատ գիտնականներ հիասթափված էին։ Եթե որևէ մեկը հույս ուներ, որ Հիգսի բոզոնը կլինի այն մասնիկը, որը կհանգեցնի ստանդարտ մոդելից այն կողմ գտնվող տարօրինակ և հիասքանչ շրջանների՝ գերհամաչափություն, մութ նյութ, մութ էներգիա, ապա, ցավոք, պարզվեց, որ դա այդպես չէ:
Nature Physics-ում հրապարակված ուսումնասիրությունը հաստատել է ֆերմիոնների քայքայումը: Ստանդարտ մոդելը կանխատեսում է, որ պարզ բառերով, բոզոնըՀիգսը այն մասնիկն է, որը ֆերմիոններին տալիս է իրենց զանգվածը: CMS բախիչի դետեկտորը վերջապես հաստատեց դրանց քայքայումը ֆերմիոնների՝ ներքև քվարկների և տաու լեպտոնների:
Հիգսի բոզոնը պարզ բառերով. ի՞նչ է դա:
Այս ուսումնասիրությունը վերջապես հաստատեց, որ սա Հիգսի բոզոնն է, որը կանխատեսվել է մասնիկների ֆիզիկայի ստանդարտ մոդելի կողմից: Այն գտնվում է 125 ԳեՎ զանգվածային էներգիայի տարածքում, չունի պտույտ և կարող է քայքայվել շատ ավելի թեթև տարրերի` զույգ ֆոտոնների, ֆերմիոնների և այլն: Դրա շնորհիվ մենք կարող ենք վստահորեն ասել, որ Հիգսի բոզոնը, պարզ բառերով, ամեն ինչին զանգված տվող մասնիկ է։
Հիասթափված եմ նոր բացված տարրի լռելյայն պահվածքից: Եթե դրա քայքայումը նույնիսկ մի փոքր տարբերվեր, այն այլ կերպ կառնչվեր ֆերմիոնների հետ, և կհայտնվեին հետազոտության նոր ուղիներ: Մյուս կողմից, սա նշանակում է, որ մենք ոչ մի քայլ չենք անցել Ստանդարտ մոդելից այն կողմ, որը հաշվի չի առնում գրավիտացիան, մութ էներգիան, մութ նյութը և իրականության այլ տարօրինակ երևույթները։
Այժմ կարելի է միայն կռահել, թե ինչն է դրանք առաջացրել։ Ամենահայտնի տեսությունը գերհամաչափությունն է, որն ասում է, որ Ստանդարտ մոդելի յուրաքանչյուր մասնիկ ունի աներևակայելի ծանր գերզուգընկեր (այդպիսով կազմում է տիեզերքի 23%-ը՝ մութ մատերիա): Բախիչի արդիականացումը, նրա բախման էներգիան կրկնապատկելով մինչև 13 ՏէՎ, հավանաբար հնարավոր կդարձնի հայտնաբերել այս գերմասնիկները: Հակառակ դեպքում, գերհամաչափությունը պետք է սպասի LHC-ի ավելի հզոր իրավահաջորդի կառուցմանը:
Հետագա հեռանկարներ
Այսպիսով, ինչպիսի՞ն կլինի ֆիզիկան Հիգսի բոզոնից հետո: LHC-ն վերջերս վերսկսել է իր աշխատանքը զգալի բարելավումներով և կարողանում է տեսնել ամեն ինչ՝ հակամատերայից մինչև մութ էներգիա: Ենթադրվում է, որ մութ նյութը սովորական նյութի հետ փոխազդում է բացառապես գրավիտացիայի և զանգվածի ստեղծման միջոցով, և Հիգսի բոզոնի նշանակությունը կարևոր է հասկանալու համար, թե ինչպես է դա տեղի ունենում: Ստանդարտ մոդելի հիմնական թերությունն այն է, որ այն չի կարող բացատրել գրավիտացիայի ազդեցությունը. նման մոդելը կարելի է անվանել Մեծ միասնական տեսություն, և ոմանք կարծում են, որ մասնիկը և Հիգսի դաշտը կարող են լինել այն կամուրջը, որը ֆիզիկոսներն այնքան հուսահատ են ցանկանում գտնել:
Հիգսի բոզոնի գոյությունը հաստատվել է, բայց դրա ամբողջական ըմբռնումը դեռ շատ հեռու է: Արդյո՞ք ապագա փորձերը կհերքեն սուպերսիմետրիան և դրա տարրալուծման գաղափարը հենց մութ նյութի մեջ: Թե՞ նրանք կհաստատեն Հիգսի բոզոնի հատկությունների վերաբերյալ Ստանդարտ մոդելի կանխատեսումների բոլոր վերջին մանրամասները և ընդմիշտ կվերջացնեն հետազոտության այս տարածքը:
