CERN отвечает на вопросы о Хиггсе

CERN Press Office

Ответы CERN на вопросы людей, поступившие через Твиттер.

4 июля было объявлено об открытии бозона Хиггса. Но что это вообще такое и почему это так важно, что физики разве что не устраивают публичных демонстраций и праздников?

Теория

А сколько их вообще, бозонов Хиггса?

В Стандартной Модели - всего один, но в других теориях - например, Теории Суперсимметрии их может быть много, например 5. Суперсимметрия еще предсказывает наличие других суперсимметричных скалярных частиц. А есть еще модели, которые говорят, что Хиггс может иметь свою внутреннюю структуру, и значит, бозон Хиггса может сопровождать бесчисленное множество различных модификаций.

Почему решили, что открытый бозон - как раз то, что предсказывает Стандартная Модель?

Период распада может указать на то, с чем мы имеем дело. Стандартная Модель предсказывает некие совершенно определенные значения, и если бозон находится в их пределах - это серьезное доказательство того, что это именно то, что нам нужно. Согласно Стандартной Модели у бозона Хиггса должен быть определенный спин, а если это не так - возможно, что мы стоим на пороге новой физики.

А можно ли представить себе такое время, когда мы сможем манипулировать бозонами Хиггса - так, как мы это сейчас делаем с электронами, или менять их массу?

Как ученые мы никогда не говорим никогда, однако сейчас совершенно неясно, как это можно осуществить. Это требует энергии тех же порядков, как и Большой Адронный Коллайдер (БАК), только в значительно большем объеме.

В чем разница между бозоном Хиггса и полем Хиггса? Поле создано из бозонов?

Поле Хиггса протянулось на всю Вселенную. Частица без массы свободно летит через него, не взаимодействуя с полем. Тяжелые частицы наоборот, собирают больше массы. Например, когда лыжник съезжает с горы по снегу, он не сильно влияет на снег. Но если пойти по снегу просто в ботинках, остаются глубокие следы. Поле Хиггса - это снег в данном примере, а бозоны - его отдельные снежинки.

Что дальше? Куда теперь отправляются ученые и какое влияние это окажет на теории темной материи?

Для начала нужно убедиться, что новая частица обладает всеми предсказанными для бозона Хиггса свойствами. И только тогда, когда мы узнаем о ней достаточно много, мы сможем двигаться в наших теориях дальше. Во многих теориях, включая Теорию Суперсимметрии, одна из частиц, связанных с бозоном Хиггса, может образовывать астрофизическую Темную Материю.  Поэтому в рамках теорий, которые измеряют массу и другие свойства бозона Хиггса, это сильно поможет в определении того, что же такое эта самая Темная Материя.

Эксперимент

Приспособлен ли БАК для открытия частиц, которые не предсказывает теория? И, если, да, как и в каких направлениях?

Да, БАК - машина поиска и открытий частиц. Она использует составные частицы (протоны) как снаряды, и высвобождаемая в их столкновениях энергия идет на образование новых частиц. Эта энергия может быть находиться в разных диапазонах, что означает разные массы открытых частиц. Детекторы ATLAS и CMS - тоже многофункциональные, и могут открывать долгоживущие частицы, которые образуются во время столкновений или распада более тяжелых частиц. В настоящее время уже публикуются статьи об поиске частиц с массами порядка 1-2 ТэВ. Когда в 2015м БАК увеличит энергию столкновений до 13-14 ТэВ, диапазон поисков значительно расширится.

Сколько еще нужно данных, чтобы быть полностью уверенными, что мы открыли бозон Хиггса?

Сейчас еще слишком рано! Всего обнаружено десятки кандидатов на роль бозона Хиггса. Этого достаточно, чтобы понять некоторые основные свойства, но не все детали. Например, мы знаем, что спин частицы должен быть целым, но не равным 1. Поэтому может ли у него быть спин равный 0 или, скажем, 2? Еще невозможно определить, каким теориям соответствует такой спин. Конечно, открытые частицы хорошо соответствуют предсказанному Стандартной Моделью бозону Хиггса, его суперсимметричной нейтральной легкой модификации бозона. А некоторые модели предсказывают 5 бозонов, похожих на Хиггса! К концу 2012 года данные ATLAS и CMS должны удвоиться и к тому моменту показать, какая из теорий выглядит предпочтительнее. Но может быть и так, что пройдет несколько лет, и мы никак не сможем соотнести новый бозон ни с одной из существующих теорий.

Открытие бозона Хиггса провозглашает завершение Стандартной Модели. А что с гравитонами?

Гравитоны никогда не были компонентами Стандартной Модели. Сила тяготения, для которой постулируется наличие гравитонов, слишком слаба для того, чтобы воздействовать на микромир. Некоторые экзотические теории - например, теория струн - пытаются унифицировать все 4 силы, пока это невозможно проверить.

Предположим, что анализ подтвердит, что действительно открыт бозон Хиггса, чем будет заниматься БАК в дальнейшем?

Анализ открытых частиц будет длиться еще много лет. Пока мы накопили всего 2% данных от того, которое вообще ожидается от БАК в течение всей его жизни (до конца 2022 года). Так что это только начало истории.

Более того, есть еще много вопросов, с которыми мы столкнулись параллельно определению массы бозона Хиггса. Например, мы знаем, что 96% Вселенной составляет небарионная материя, природа темной материи и темной энергии может проясниться при помощи ATLAS и CMS. И куда исчезла почти вся антиматерия, которая, как мы полагаем появилась во время Большого Взрыва в количествах, равных обычной материи? С этим работает LHCb вместе с ATLAS и CMS. Программа ALICE планирует изучать кварк-глюонную плазму, которая, как считается, должна была существовать спустя несколько мгновений после Большого Взрыва, а то, как она расширялась и охлаждалась в результате и образовало частицы той материи, которую мы наблюдаем сегодня во Вселенной.

Но, пожалуй, самое интересное, что эксперименты могут открыть то, чего мы даже не ожидали, что-то новое, необычное, что может продвинуть наши знания в такие области, о которых мы сейчас даже не подозреваем.

Означает ли сегодняшнее объявление триумф суперсимметрии или хотя бы делает ли его более вероятным?

Ни то ни другое. Слишком рано говорить о том, принадлежит ли бозон теории Суперсимметрии или Стандартной Модели или чему-либо еще.

Сколько частиц было использовано для того, чтобы найти эту?

500 триллионов - это миллион миллионов частиц!

Будущие исследования

Если открыт бозон Хиггса, значит ли это, что ЦЕРН закрывается?

Ни в коем случае. Несмотря на то, что вроде бы бозон и открыт, еще существует огромная масса вопросов. Ученые продолжат изучать бозон, чтобы понять его свойства, то, как он работает, то, как он соответствует различным теориям, и что он значит для развития новой физики.

Помимо поиска бозона Хиггса, ученые ЦЕРНа занимаются еще многим - например, поисками других измерений, темной материи и совершенно новой физики. В ЦЕРНе есть также отдельное подразделение, которое занимается антиматерией, пытаясь понять, почему, если материя и антиматерия были созданы во время Большого Взрыва в равных количествах, в настоящее время антиматерии почти нет?

Думаете ли вы, что общественность будет поддерживать интерес к бозону Хиггса по мере уточнения его характеристик?

Мы надеемся. Как только мы узнаем, соответствует или нет этот бозон бозону Хиггса Стандартной Модели, начнутся исследования, как он взаимодействует с другими частицами - давая нам еще больше информации о происхождении массы и начале Вселенной. А если этот бозон не соответствует Стандартной Модели, значит, у нас может начаться совершенно новая физика. Так что оставайтесь с нами!