Что такое бозон Хиггса


бозон ХиггсаМожно поспорить на крупную сумму, что большинство из вас (в том числе и люди, интересующиеся наукой) не очень хорошо представляют себе, что же такое нашли физики на большом адронном коллайдере, почему они это так долго искали, и что будет дальше.

Поэтому небольшой рассказ о том, что такое бозон Хиггса.

Начать нужно с того, что люди вообще очень плохо умеют представлять в уме, что творится в микромире, на масштабе элементарных частиц.


Скажем, многие со школы представляют себе, что электроны — такие маленькие желтые шарики, вроде мини-планет, вращающихся вокруг ядра атома, а то похоже на ягоду малины, составленную из красных и синих протонов-нейтронов. Те, кто немного знаком с квантовой механикой по популярным книгам, представляют элементарные частицы в виде этаких размытых облачков. Когда нам пишут, что любая элементарная частица одновременно является волной, мы представляем себе волны на море (или в океане): поверхность трехмерной среды, которая периодически колеблется. Если нам сказать, что частица представляет собой событие в некотором поле, мы представим себе поле (что-то такое гудит в пустоте, как трансформаторная будка).

Всё это очень плохо. Слова «частица», «поле» и «волна» крайне плохо отражают реальность, и представлять их себе нельзя никак. Какой бы визуальный образ ни пришел вам в голову, он будет неверным и будет мешать пониманию. Элементарные частицы не являются чем-то, что в принципе можно увидеть или «пощупать», а мы, потомки обезьян, рассчитаны на то, чтобы представлять себе только такие вещи. Неправда, что электрон (или фотон, или бозон Хиггса) «являются одновременно частицей и волной»; это нечто третье, для чего слов в нашем языке никогда не было (за ненадобностью). Мы (в смысле, человечество) знаем, как они себя ведут, мы можем производить какие-то расчеты, мы можем устраивать с ними эксперименты, но мы не можем подобрать для них хороший мысленный образ, потому что штуки, хотя бы примерно похожие на элементарные частицы, на наших масштабах не встречаются вообще.

Профессиональные физики и не пытаются визуально (или как угодно ещё в терминах человеческих чувств) представлять себе то, что творится в микромире; это плохой путь, он никуда не ведет. У них постепенно вырабатывается некоторая интуиция насчет того, какие там объекты обитают, и что с ними случится, если сделать то-то и то-то, но непрофессионал вряд ли сможет её продублировать.

Так, надеюсь, вы больше не думаете о маленьких шариках. Теперь о том, что же все-таки искали и нашли на Большом Адронном Коллайдере.

Общепринятая теория того, как устроен мир на самых маленьких масштабах, называется Стандартная Модель. Согласно ей, наш мир устроен так. В нём есть несколько принципиально разных типов вещества, которые различными способами взаимодействуют друг с другом. О таких взаимодействиях иногда удобно говорить как об обмене некими «объектами», для которых можно измерить скорость, массу, можно разогнать их или столкнуть друг с другом и т.п. В каких-то случаях удобно называть их (и думать о них) как о частицах-переносчиках. Таких частиц в модели 12 разновидностей. Напоминаю, что всё, о чем я сейчас пишу, все равно неточно и профанация; но, надеюсь, всё же гораздо меньшая, чем сообщения большинства СМИ. (Например, «Эхо Москвы» 4-го июля отличилось фразой «5 баллов по шкале сигма»; знающие оценят).

Так или иначе, 11 из 12 частиц Стандартной модели уже наблюдались ранее. 12-я — бозон, соответствующий полю Хиггса — то, что придает многим остальным частицам массу. Очень хорошая (но, конечно, тоже неверная) аналогия, которую придумал не я: представьте себе идеально гладкий бильярдный стол, на котором находятся бильярдные шарики-элементарные частицы. Они легко разлетаются в разные стороны и движутся куда угодно без помех. Теперь представьте себе, что стол покрыт некой липкой массой, затрудняющей движение частиц: это поле Хиггса, а то, насколько частица прилипает к такому покрытию — и есть его масса. С некоторыми частицами поле Хиггса не взаимодействует никак, например, с фотонами, и их масса, соответственно, равна нулю; можно представить себе, что фотоны похожи на шайбу в аэрохоккее, и покрытие не замечают вообще.

Вся эта аналогия неверна, например, потому что масса, в отличие от нашего липкого покрытия, мешает частице не двигаться, а ускоряться, но какую-то иллюзию понимания дает.

Бозон Хиггса — это частица, соответствующая этому «липкому полю». Представьте себе очень сильный удар по бильярдному столу, повредивший сукно и смявший небольшое количество липкой массы в складку-пузырик, которая очень быстро растечется обратно. Вот, это он и есть.

Собственно, именно этим Большой адронный коллайдер и занимался все эти годы, и примерно так процесс получения бозона Хиггса и выглядел: лупим изо всех сил по столу до тех пор, пока само сукно не начнет превращаться из очень статичной, твердой и липкой поверхности во что-то более интересное (или пока не случится что-нибудь ещё более чудное, теорией не предсказанное). Именно поэтому БАК настолько большой и мощный: с меньшей энергией «по столу» бить уже пытались, но безуспешно.

Теперь насчет пресловутых 5 сигма. Проблема вышеописанного процесса заключается в том, что мы можем только стукнуть и надеяться, что из этого что-то выйдет; гарантированного рецепта получения именно бозона Хиггса нет. Хуже, когда он все-таки родился на свет, мы должны успеть его зарегистрировать (увидеть его, естественно, нельзя, да и существует он лишь ничтожную долю секунды). Каким бы детектором мы ни пользовались, мы можем лишь сказать, что кажется, возможно, мы наблюдали нечто похожее.

Теперь представьте себе, что у нас есть особая игральная кость; она падает случайно на одну из шести граней, но если рядом с ней как раз в это время находится бозон Хиггса, то шестерка не выпадет никогда. Это типичный детектор. Если мы кинем кость один раз и одновременно стукнем изо всех сил по столу, то вообще никакой результат нам ровно ни о чем не скажет: выпало 4? Вполне вероятное событие. Выпало 6? Возможно, мы просто стукнули по столу слегка не в тот момент, и бозон, хотя и существующий, не успел родиться в нужный момент, или наоборот, успел распасться.

Но мы можем проделывать этот эксперимент несколько раз, и даже много раз! Отлично, давайте кинем кость 60 000 000 раз. Допустим, при этом шестерка выпала «всего лишь» 9 500 000 раз, а не 10 000 000; значит ли это, что бозон время от времени появляется, или это всего лишь допустимая случайность — мы же не верим, что кость должна лечь шестеркой ровно 10 миллионов раз из 60?

Ну ээээ. На глазок такие вещи не оцениваются, нужно считать, насколько велико отклонение, и как оно соотносится с возможными случайностями. Чем больше отклонение, тем меньше вероятность того, что кость просто случайно так ложилась, и тем больше вероятность того, что время от времени (не всегда) возникала новая элементарная частица, мешавшая ей лечь шестеркой. Отклонение от среднего удобно выражать в «сигмах». «Одна сигма» — это такой уровень отклонения, который является «наиболее ожидаемым» (его конкретное значение может вычислить любой третьекурсник физ- или матфакультета). Если экспериментов достаточно много, то отклонение в 5 сигма — это тот уровень, когда мнение «случайность маловероятна» превращается в абсолютно твердую уверенность.

О достижении примерно этого уровня отклонений сразу на двух разных детекторах и объявили физики 4 июля. Оба детектора вели себя очень похоже на то, как они бы вели себя, если бы получаемая в результате сильных ударов по столу частица действительно была бозоном Хиггса; строго говоря, это ещё не значит, что перед нами именно он, нужно измерить всякие прочие его характеристики всякими другими детекторами. Но сомнений осталось уже мало.

Наконец, о том, что нас ждет в будущем. Была ли открыта «новая физика», и был ли совершен прорыв, который пригодится нам для создания гиперпространственных двигателей и абсолютного топлива? Нет; и даже наоборот: стало ясно, что в той части физики, которая изучает элементарные частицы, чудес не происходит, и природа устроена практически так, как физики всю дорогу и предполагали (ну, или почти так). Это даже немного грустно.

Ситуация осложняется тем, что нам совершенно твердо известно, что она в точности так устроена быть не может в принципе. Стандартная модель чисто математически не совместима с общей теорией относительности Эйнштейна, и то, и другое одновременно быть верно просто не может.

И куда теперь копать, пока не очень понятно (не то чтобы мыслей совсем нет, скорее, наоборот: различных теоретических возможностей слишком много, а способов их проверить гораздо меньше). Ну, может быть, кому-то и понятно, но уж точно не мне. Я и так в этом посте давным-давно вышел за пределы своей компетенции. Если я где-то сильно соврал, пожалуйста, поправьте меня.



Запись была опубликована в рубрике Факты. Ссылка на запись.

25 комментариев к записи “Что такое бозон Хиггса

  1. >Я и так в этом посте давным-давно вышел за пределы своей компетенции. Если я где-то сильно соврал, пожалуйста, поправьте меня.

    Не буду выходить за пределы моей компетенции, не мне судить о том, насколько сильно Вы соврали. Но твёрдо могу сказать, что — для парня, которому в школе нравилась физика, но на физ.факе он не учился — статья получилась очень-очень интересная. Спасибо!

    Ответить на этот комментарий

  2. Делаешь успехи. Молодец.
    Но уж очень много бытовых аналогий. Для обывателя, конечно, так понятнее. И, тем не менее, не следует все привязывать к «мыслеобразам». Это и в самом деле иногда усложняет дальнейший анализ информации.

    Ответить на этот комментарий

    | Оля ответил :

    Это и есть статья для обывателей же, вы ведь делаете здесь что-то) не привязывать к мыслеобразам все-равно, что давать обезьяне невидимый банан с ощущением запаха. мы волей-неволей представляем все сразу же в своей голове и оно,представление, должно быть максимально приближено к аналогу

    Ответить на этот комментарий

  3. В наш просвещённый век людей настолько наивными считают, что на пальцах объясняют строение Вселенной. Стыдно должно быть вам, господа. Уважать интелект надо. Учёный Мир сам зашёл в тупик, предлагая столь примитивные аналогии.Хотя в Библии сказано, что «Завет дан» в облаке и радуге — ЭНЕРГИЯХ. Бозон Хиггса не может быть божественным, потому что это изначальный строительный материал Вселенной, т.е. «нечистый материал».Наши предки назвали этот материал прахом. Первый божественный представитель нашего Мира — ЭЛЕКТРОН первого уровня. Семнадцать моё любиое число. Спрашивайте — отвечу.

    Ответить на этот комментарий

    | Юрис ответил :

    Поражает убожество как «идей» мировых представителей науки, так и изложение объяснений их научных достижений. А всё началось с «утверждения» отсутствия так называемого эфира — материальной субстанции, представляющей суть мироздания, колебательные энергообменные процессы в которой и дают нам всю картину Вселенной. В своё время с помощью интерферометра Майкельсона искали так называемый эфирный ветер и, соответственно, плоскость прибора устанавливали параллельно земной поверхности. Ничего не обнаружили. Потому что Земля, как и все другие объекты Мира есть тот же эфир, но локально уплотнённый в силу физических закономерностей природы эфира. Поэтому Земля не обдувается эфиром, а проходит через него как эфирная стяжка. Прибор нужно ставить вертикально к поверхности Земли и всё станет на свои места. Я это проверил в 1958 году, будучи студентом второго курса Латвийского университета. Но академические круги меня «не поняли», а спорить с ними бесполезно.

    Ответить на этот комментарий

    | я ответил :

    Какой прибор?

    Ответить на этот комментарий

  4. Вобщем — чёрные дыры и чёрные карлики — это бывшие цивилизации, достигшие в своём развитии уровня, когда они смогли построить коллайдер и разогнать в нём элементарную частицу. Вслед за этой частицей «утянуло» в чёрную дыру всю галлактику.

    Ответить на этот комментарий

  5. Обыватель- Человек, лишенный общественного кругозора, живущий только мелкими личными интересами. Вот причем здесь то, что это статья для обывателей? Значит, если человек не имеющий научного образования зашел прочитать статью о бх, то он теперь обыватель.
    Глупости какие.

    Ответить на этот комментарий

  6. пустая трата денег и времени, материя делится бесконечно, хотят найти кирпичик. А потом зададут вопрос: А ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ ЭТОТ КИРПИЧИК? И так до бесконечности.Был на семинаре одного из «коллайдеристов» — смехотворное объяснение бозона Хиггса, на грани сказки.Элементарные частицы представлены как серая масса людей со стаканами на фуршете. И вдруг заходит бозон Хиггса в образе Эйнштейна и все кидаются к нему, чтобы получить автограф. Этим объясняют появление массы у элементарных частиц. Получается, что если скапливаются частицы без массы вокруг бозона Хиггса то обретают массу! А сколько их нужно, чтобы получилась масса? Сами не понимают о чем говорят и хотят сказать, что не для твоего ума это.

    Ответить на этот комментарий

  7. Может быть,пора уже перестать издеваться над нашей планетой? Ресурсы истощаются стремительно. Не жалко выбрасывать огромные деньги на любознательность учёных? Не пора ли остановиться? Человек конечен в пространстве и времени, в «могуществе» Разума и в возможностях. Для всего в Метагалактике есть ПРЕДЕЛЫ, для человечества — тоже! Никакие бозоны Хиггса не спасут нас от возможной космической катастрофы.

    Ответить на этот комментарий

    | Павел ответил :

    А что спасёт? Откуда возьмутся передовые технологии? Ведь чтобы работала инженерия, нужно понимать к чему, куда и как прикладывать «усилие»(образно выражаясь). Если не тратить на исследования ресурсы, как понять правила, в рамках которых можно построить то, что будет спасать землю? Методом тыка? Так ведь ресурсов уйдёт ещё больше, а результата может вообще не быть.

    Ответить на этот комментарий

  8. все это описание очень точно соответствует моему опыту прохождению умом в разумении священного материала Библейного и изучаемо го опыта упражнения умственного в правосла вии. И интересно, что чудодейственно подан ная мне одна книга заставила меня рассужда ть в Библии о переходе планеты Земля в сос тояние «черной дыры», если частота исходя щая от умствования людей изменится.Книга -«Что случилось эсминцем»злдридж»А.С.Кузов вкин С.Кузовкин и Н.Н.Непомнящий

    Ответить на этот комментарий

  9. продолжение предыдущего коментария. То в Биб лии этому переходу в состояние «черной дыры» соответствует 1Кор 15:54 «Когда тление сие облечется в нетление и смертное сие облечетсч в бессмертие, тогда сбудется слово написанное «поглощена смерть победою».Т.е .видимая запис ь в Библии в наших умах облечется победной не видимой- тайной для физических глаз, чувств н о разумеваемой — иго Мое легко-благо-слово по новому небесному смыслу, с новой частотой

    Ответить на этот комментарий

  10. Я вселенски далеко не физик, но «хочу все знать». Спасибо автору за роскошную и остроумную подачу объяснения необъяснимого! Понравилось! Впечатлило! Хиггснуло! Ну в общем, бозонно зацепило)

    Ответить на этот комментарий

  11. извините адрес почты забыл

    спасибо за статью. где-то рядом сам думал об этих моментах. вы подтвердили мою бредовую идею. хотя я не физик. получается можно стать богом имея железо ( коллайдер ) и знание физики взаимодействия микро и макро

    надеюсь элементарные частицы обладают достаточным знанием и прислушаются не к коллайдеру

    Ответить на этот комментарий

  12. вероятностные характеристики поведения микрочастиц нам (неподвластны). мы задействуем в повседневной жизни много частиц. почему частицы нам помогают идти в магазин или измерять их самих? сами себя измеряют. наверное ржут между собой

    Ответить на этот комментарий

  13. если трудно определить их местоположение и функцию может приборы несовершенны? человеку приятно если выстрел предшествует разговору?
    думаю есть другой путь. а может и еще с пару десятков. т.е. мирный.

    Ответить на этот комментарий

  14. а что,если бозон хиггса это просто СВОЙСТВО пространства и состоит пространство не из чего-то,а из возможности воздействовать на самое себя и с учетом безначального и бесконечного существования и бесконечного числа вариантов этого взаимодействия создались условия «уплотнения»этого СВОЙСТВА до уровня материи.И все материально воспринимающееся есть в той или иной степени «сгустки «этого Свойства.

    Ответить на этот комментарий

  15. Теория всего это солнце: Солнце нагреваеться и согревает. когда солнце нагреваеться оно создает свое ядро и накапливает давление внутри его. А когда солнце согревает оно освобождает это давление из ядра К оболочку. Эти этапы Называются тепловой пульс. Наше сердце делает тепловые пульсы, двигатели делают тепловые пульсы, лампочки делают тепловые пульсы, батарейки так же делают тепловые пульсы. И это тоже причина почему мы видем ядро и оболочку которые солнце создает По всей природе. Например: когда бросаем камень в озеро, тогда туда куда мы бросили камень, мы видим форму ядра и оболочки внутри воды. Форма жеивых сушеств это тоже ядро(сердце) и оболочка(кожа). И форма растения это тоже ядро(ядро семени) и оболочка(шкура фрукта или стебель цветка). От Жэки!

    Ответить на этот комментарий

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

onlinemusic.kz новинки музыки 2016 слушать и скачать бесплатно here