07.12.2021
Василий Парфенов
11 706

Время «жизни» бозона Хиггса наконец-то измерили почти точно

5.7

Ученые смогли измерить время «жизни» хиггсовского бозона с высокой точностью. Для этого пришлось разработать новый весьма хитрый метод проведения эксперимента и анализа данных. Зато теперь человечество обладает эмпирическим подтверждением важнейших элементов одной из главных теорий современной физики — Стандартной модели.

Время «жизни» бозона Хиггса наконец-то измерили почти точно
Визуализация обнаружения искомых субатомных частиц на детекторе CMS (Компактный мюонный соленоид) Большого адронного коллайдера. На модели показан результат столкновения двух протонов, во время которого бозон Хиггса рождается и сразу распадается на пару мюон и антимюон (красные линии), а также пару нейтрино и антинейтрино (детектор их не может засечь, поэтому фиолетовой линией отмечен лишь вектор их импульса) / CERN, CMS

На днях Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН, CERN) опубликовала долгожданный для многих физиков пресс-релиз. В нем подробно и понятно даже «простым смертным» рассказывается, как ученые на основе данных, собранных в последние годы работы Большого адронного коллайдера (БАК), смогли определить время «жизни» бозона Хиггса с высокой точностью.

Если вкратце, эта нестабильная субатомная частица существует в среднем 2,1×10-22 секунды, то есть 0,21 зептосекунды или 210 иоктосекунд. Иными словами, порядка триллионной миллиардной доли секунды. Погрешность измерений составляет +2,3/-0,9, что превышает на несколько порядков ранее достигнутый уровень точности. А самое главное — эти значения совпадают с теоретическими данными: согласно расчетам, бозон Хиггса должен распадаться через 1,6×10-22 секунды после своего возникновения.

Соответствие эмпирических данных Стандартной модели чрезвычайно важно для физиков. Покажи эксперимент время «жизни» хиггсовского бозона меньше теоретических значений, и ученым пришлось бы искать новые пути распада частицы. А значит, пересматривать теорию в отдельных аспектах или вообще в значительной ее части. Если же время существования бозона Хиггса оказалось бы дольше предсказанного, такая новость стала бы настоящим сюрпризом. В этом случае реальное взаимодействие легендарной частицы с другими должно быть слабее.

Проще говоря, отклонения от теоретических расчетов привели бы к поиску альтернативных объяснений. А Стандартная модель хорошо подтверждена множеством экспериментов, и появление «частицы-бунтаря» смешало бы все карты ученых. С одной стороны, это неплохо, так как двигает науку. С другой — необходимость кардинального пересмотра проверенных теорий из-за одиночного отклонения редко указывает на изъян в самой теории, скорее на серьезную ошибку в эксперименте.

Проблема с измерением времени «жизни» хиггсовского бозона связана с тем, что эта частица слишком короткоживущая, чтобы пройти в детекторе значительное расстояние перед своим распадом. Между тем она существует слишком долго, чтобы определить время до ее распада известным косвенным методом. Обычно физики узнают его, оценивая «ширину масс» (mass width) частицы. Дело в том, что нестабильные частицы могут «весить» по-разному вследствие принципа неопределенности Гейзенберга.

С наибольшей вероятностью бозон Хиггса при появлении имеет массу 125 гигаэлектрон-вольт, это так называемый номинал. Ученые уже научились получать такие частицы с определенной частотой и добились 10%-ного шанса на успех в этой методике. Но поскольку хиггсовский бозон нестабилен, гораздо реже он может появиться со значительно более крупной массой — такой назвали нестандартным, аномальным. Правда, и распадается он в этом случае быстрее — зависимость здесь пропорциональная.

В итоге физики придумали следующий метод определения номинального времени «жизни» бозона Хиггса. Так как все параметры частицы известным образом взаимосвязаны — частота появления «номинальных» (on-shell) и «аномальных» (off-shell), а также зависимость между отклонением массы и скоростью распада, — они подсчитали, сколько получилось хиггсовских бозонов разных масс. Соотношение между ними подсказало ту самую «ширину масс», а следовательно, и номинальное время жизни кванта поля Хиггса.

Сбор необходимых данных занял несколько лет, его проводили во время второй кампании работы БАК (Run 2). В огромном объеме информации физикам пришлось научиться находить свидетельства образования «аномальных» бозонов Хиггса. Но результат оправдал все трудозатраты.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

Вчера, 18:45
Александра Медведева

Снимки телескопа Hubble показали, что черная дыра в центре карликовой галактики Henize 2-10 создает звезды вместо того, чтобы их разрушать. Открытие может стать ключом к пониманию происхождения сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.

Позавчера, 21:12
Илья Ведмеденко

Российские специалисты обратили внимание на возможные технические трудности, связанные с модулем «Поиск» Международной космической станции. Ранее в NASA намекнули на изоляцию российского модуля «Звезда».

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

17 января
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

17 января
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: