Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
07.12.2021
Василий Парфенов
12 241

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 13:02
Александра Медведева

Новое исследование указало на мобильные элементы, которые могут перемещаться и размножаться в пределах генома, как на наиболее вероятный источник подавляющего большинства интронов, некодирующих участков ДНК эукариот. Открытие позволяет объяснить огромные различия в количестве интронов в геномах разных видов.

Позавчера, 13:13
Алиса Гаджиева

Палеонтологи обнаружили останки никогда ранее не встречавшегося дасплетозавра, который, возможно, был прямым предком Tyrannosaurus rex. Эта находка может разрешить серьезные споры об эволюционной родословной самого знаменитого динозавра.

Вчера, 10:24
Александр Березин

Черные дыры периодически разрывают звезды на части, но параметры конкретно этого события из ранней Вселенной поставили ученых в тупик.

26 ноября
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

26 ноября
Мария Азарова

Международный коллектив ученых спрогнозировал наши ежедневные потребности в воде в зависимости от антропометрических, экономических и экологических факторов.

26 ноября
Денис Тулинов

Технологии искусственного интеллекта проникают во все сферы жизни. Наука не исключение — ученые начинают использовать машинное обучение все активнее, и за ним уже есть реальные научные достижения. Но это лишь прелюдия: ИИ явился не просто помочь с расчетами, его роль в будущем масштабнее — он усилит наше мышление, указывая на взаимосвязи, которые человеческому уму не видны. Наука изменится. Naked Science полагает, что у нее появился новый способ изучать мир.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

24 ноября
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

[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
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
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: