• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
07.12.2021
Василий Парфенов
12 438

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 / Автор: Godefridus Victorinus

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
Вчера, 18:26
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Вчера, 16:20
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

8 часов назад
Алиса Гаджиева

Во время раскопок на юге Турции археологи обнаружили глиняную табличку с хорошо читаемой аккадской клинописью. Когда ее расшифровали, оказалось, что это важные хозяйственные записи, сделанные 3500 лет назад.

Вчера, 18:26
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

Вчера, 16:20
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
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