Устройство бозона Хиггса. Квантовая теория

Сколько же радости было в научном сообществе, когда они разогнали в большом коллайдере встречные пучки протонов до почти световой скорости, столкнули их и получили результаты этих столкновений. Эти результаты были зафиксированы в виде разлетающихся частиц в емкостях, наполненных различными веществами. Разговоров и шума по этому поводу было много. Но вскоре все это быстро, как говорят ученые, редуцировалось, или проще “схлопнулось”, а по-народному – весь пар в свиток ушел. Но давайте все по порядку.

Вот картинки, с которыми работают ученые:

Частицы, как детали вдребезги разбитой машины, летели в этих веществах, оставляя различные следы. Чем массивнее частица, тем более толстый след она оставляет в среде. Если след вдруг исчезает, а из этой точки выходят другие какие-то следы и, возможно, направленные в разные стороны, то это значит, что частица распалась на части. Вот по этим следам ученые и гадают, какая частица оставила тот или иной след. Тут важно соблюсти энергетический баланс: если ученые посчитают, что распалась частица с энергией, допустим, 10 МэВ на два трека, то желательно, чтобы эти треки соответствовали частицам, энергия которых в сумме равна этим 10 МэВ. Ну, например, 5 и 5, или 3 и 7, и так далее. Если эти суммы не совпадают, ученые ищут или додумывают, что унесло энергию или, напротив, откуда появилась лишняя.

Ученые обладают специальным математическим аппаратом, который помогает им делать всяческие расчеты.

Здесь мы рассмотрим процесс рождения частицы, называемой бозоном Хиггса или, как еще говорят, – частицей Бога.

Бозон Хиггса родился на кончике пера. У математиков были некоторые уравнения, которые ученые решали. И вот оказалось при определенном решении нужна была частица с определенными параметрами. Ни протон, ни электрон, ни кварк, ни какая из известных частиц для данного решения не подходила. Но что это за частица, которая позволила бы решать данные уравнения? Какие ее параметры и свойства?

И такая частица родилась в голове Питера Хиггса. До сих пор во всех формулах явно или не явно присутствовали потенциальные поля в виде ям, подобие глубоких тарелок или мисок. И чтобы двигать частицу в этой яме, особенно вверх по стенке, требовалось прикладывать большую силу. А частицу в виде бозона-переносчика, кровь из носа, надо было высвободить из этой ямы, чтобы она могла про взаимодействовать с другой частицей или развалиться сама на части. Так вот оказалось, что эти ямы (потенциалы) настолько глубоки, что для вытаскивания частицы требуется бесконечная сила (бесконечное число бозонов - посредников). И то эти бозоны-посредники смогут выполнить эту задачу, если сами не будут отягощены массой, в противном случае они сами не смогут преодолеть эту стенку.

Питер Хиггс подумал, а что, если эти бозоны изначально разогнать, дать им дополнительный импульс? На горку то они с трудом лезут, а с горки? А с горки будут лететь за милую душу. А где взять такую горку? Да вот же. Построим ее в центре тарелки (потенциальной ямы). И запоминать такую модифицированную яму легко: она похожа на донышко бутылки из-под шампанского. Все пили шампанское, сразу запомнят.

Сказать то легко – сделать горку, а, как и чем? А для чего нам Эйнштейн разрабатывал 10 лет ОТО? Вот мы ею и воспользуемся. Подложим по центру под низ тарелки тяжелый объект, он и прогнет нам пространство-время. Назовем этот объект бозоном Хиггса. Его величину мы выберем больше любого посредника. Нам сколько нужно посредников? Z-бозон с энергией 91,2 ГэВ и W-бозон с энергией 80,4 ГэВ. Возьмем бозон Хиггса с запасом 125 ГэВ. Через потенциальный скат он как бы передаст свою массу (энергию) бозону Z и/или W. На картинке это выглядит примерно так:

Если бы не бозон Хиггса, то поле было бы подобно тарелке. Как обозначено пунктирной линией, но бозон Хиггса прогнул поле. Это его единственная задача, в передаче взаимодействия он сам непосредственно не участвует. Как говорит Семихатов “ничего не переносит”. И не удивляйтесь тому, что он своей массой прогнул пространство-время вверх. Это наши издержки привычек: мы ходим голова вверху, а ноги внизу. В космосе нет ни низа, ни верха. Космонавт в своем корабле может сидеть на полу, на потолке и даже на стенах с одинаковым успехом.

Такая форма поля объясняет и то, как этот бозон отвечает за инерцию. Вот что можно почесть в Википедии:

“С помощью поля Хиггса объясняется наличие инертной массы частиц-переносчиков слабого взаимодействия (W- и Z-бозоны)и отсутствие массы у частицы-переносчика сильного (глюон) и электромагнитного взаимодействия (фотон)”.

Действительно, чтобы бозоны-переносчики могли переносить взаимодействие, они должны двигаться. Чтобы придать им движение, надо преодолеть их инерцию. А эти бозоны W и Z обладают энергией и, соответственно, массой, которая и создает инерцию. Наверное, движение этих бозонов с “горки” поля Хиггса разгоняет эти бозоны-переносчики и они как будь то “теряют” свою инертную массу, становятся безмассовыми и могут преодолевать любые потенциальные барьеры. Никакой другой модели управления бозоном Хиггса инертной массой я не нахожу.

А вот как поле Хиггса объясняет отсутствие массы у глюона и фотона, мне не совсем понятно. Обычно отсутствие массы у фотона объяснялось его скоростью – скоростью света. Глюоны самостоятельно не могут наблюдаться, и говорить об их массе не корректно.

Оказывается, что счастья много не бывает. В Стандартную модель включили, так сказать включили, номинальный бозон Хиггса. А так на открывали несколько типов бозонов Хиггса. Есть даже бозоны Хиггса с зарядом. Это как у Попамдуполы: “Бери. Я себе еще напечатаю”.

Вот такая необычная частица потребовалась математикам, научной элите. А где ее взять? Вокруг нас она, в отличие от фотонов или гравитонов, не обнаруживается. И даже в большом коллайдере она сама по себе не присутствует, по крайней мере ее никакие датчики не фиксируют. Может быть эта частица присутствует в коллайдере, но мы ее не можем обнаружить примерно так, как мы не можем обнаружить гравитоны. Хотя с гравитоном я не прав. Если в трубе, по которой движутся частицы, тела падают, то значит там есть гравитация и, следовательно, гравитоны.

Почему же в коллайдере мы обнаруживаем только тот бозон Хиггса, который образовался в результате столкновения протонов? Возможно, потому что он пришел в движение, и мы смогли обнаружить его след в камере?

Над расшифровкой результатов, полученных в коллайдере, билось несколько групп. Они сразу зажали энергию этого бозона в рамках 52 ГэВ и 251 ГэВ, то есть пытались находить такие частицы и возможно находили, а затем сжимали этот коридор и, в конце концов, вроде нашли частицу с энергией равной 125,26±0,21 ГэВ и временем жизни 1,56⋅10-22 секунд.

Представляете, что было бы на Земле, и вообще в мире, если бы фотоны, электроны, нейтроны и некоторые другие частицы обладали таким малым временем жизни? Похоже, что никакой жизни не было бы и не было бы в таком виде Вселенной.

Бозон Хиггса, возможно полученный в коллайдере, согласно квантовой теории – это случайное временное образование, в результате не устойчивого слияния протонов при их столкновении. Если такие частицы и существуют, то только на Солнце или еще в каких-нибудь экзотических местах, непрерывно рождаясь и умирая.