Higgs boson ( H0 ) | |
---|---|
| |
Förening | Elementarpartikel |
En familj | Boson [1] |
Deltar i interaktioner | Svag [2] , gravitationell [3] |
Antipartikel | Neutral |
Vikt | 125,26±0,21 GeV/ c 2 [4] |
Livstid | 1,56⋅10 -22 s [Not 1] (förutsägelse av standardmodellen ), ≥ 10 -24 s (experiment) [6] |
Förfallsbredd | < 13 MeV [7] |
kanaler av förfall | Ett b-kvark - b-antikvarkpar [ 8] , två fotoner , W- och Z-bosoner [9] , två tau leptoner [10] |
Teoretiskt motiverat | 1964 ( Peter Higgs ) |
Upptäckt | 2012 ( CERN ) |
Vem eller vad är uppkallad efter | Peter Higgs |
kvanttal | |
Elektrisk laddning | 0 [11] |
färgladdning | 0 |
Snurra | 0 [12 ] |
Paritet | +1 (preliminärt bekräftad vid 125 GeV ) [1] |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Higgs boson , Higgs boson [13] , Higgson [14] ( Eng. Higgs boson ) — elementarpartikel ( boson [1] ), kvantum av Higgsfältet , med behovet som uppstår i standardmodellen [15] för elementarpartikelfysik på grund av Higgs mekanism av spontan kränkning elektrosvag symmetri . Hans upptäckt fullbordar standardmodellen [16] . Inom ramen för denna modell är den ansvarig för tröghetsmassan hos sådana elementära partiklar som bosoner. Higgsfältet förklarar närvaron av tröghetsmassan hos bärarpartiklarna i den svaga interaktionen [ klargör ] ( W- och Z-bosoner ) och frånvaron av massa i bärarpartikeln av den starka ( gluon ) och elektromagnetiska interaktionen ( foton ) . Till sin konstruktion är Higgs-bosonen en skalär partikel, det vill säga den har noll spin [1] .
Postulerade av den brittiske fysikern Peter Higgs i hans grundläggande artiklar publicerade 1964 [17] [18] . Efter flera decennier av sökande , den 4 juli 2012, som ett resultat av forskning vid Large Hadron Collider , upptäcktes en kandidat för dess roll - en ny partikel med en massa på cirka 125–126 GeV / s ² [19] . Det finns goda skäl att tro att denna partikel är Higgs-bosonen [20] [21] [22] . I mars 2013 kom det rapporter från enskilda CERN- forskare att partikeln som hittades sex månader tidigare verkligen var Higgs-bosonen.
Modellen med Higgs-bosonen gjorde det möjligt att konstruera en renormaliserbar kvantfältteori [23] .
I april 2014 rapporterade CMS-samarbetet att sönderfallsbredden för denna boson är mindre än 22 MeV [1] . Liksom alla elementarpartiklar deltar Higgs-bosonen i gravitationsinteraktion [3] . Higgs-bosonen har noll spin [12] , elektrisk laddning , färgladdning . Paritet +1 har preliminärt bekräftats till 125 GeV [1] . Det finns 4 huvudkanaler för produktionen av Higgs-bosonen: efter fusionen av 2 gluoner [24] (huvud), fusionen av WW- eller ZZ-par, åtföljd av en W- eller Z-boson, tillsammans med toppkvarkar [25] . Den sönderfaller till ett b-kvark- b -antikvarkpar , till 2 fotoner , till två elektron - positron- och/eller myon -antimuonpar , eller till ett elektron-positron- och/eller myon-antimuonpar med ett neutrinopar [6] .
Vid konferensen EPS HEP 2017 som hölls i början av juli 2017 rapporterade ATLAS och CMS att de äntligen började se antydningar om Higgs-bosonens förfall till ett b-kvark-antikvarkpar, vilket tidigare var omöjligt att se i praktiken (hårt att separera samma kvarkar från bakgrundsproduktionsprocesser på ett annat sätt); enligt standardmodellen är detta sönderfall det vanligaste: i 58 % av fallen [26] . Som det blev känt i början av oktober 2017 uppgav ATLAS och CMS i sina respektive papper att de observerar förfallssignalen med tillförsikt [27] .
I februari 2021, vid LHC , upptäckte CERN- forskare ett mycket sällsynt sönderfall av Higgs-bosonen till två leptoner och en foton med en total leptonmassa på mindre än 30 GeV (Dalitz-sönderfall). [28] [29]
I teorin, med en minimal implementering av Higgs-mekanismen , bör en neutral Higgs-boson uppstå (i vetenskapliga artiklar kallas en sådan partikel Higgs-bosonen av standardmodellen ).
Det finns dock modeller som inte kräver införandet av Higgs-bosonen för att förklara massorna av de observerade standardmodellpartiklarna , de så kallade Higgs-fria modellerna . Det negativa resultatet av sökandet efter Higgs-bosonen skulle fungera som ett indirekt argument till förmån för sådana modeller.
I utökade modeller av spontan symmetribrytning kan flera Higgs-bosoner av olika massor, inklusive laddade [30] , uppstå . Massorna av alla Higgs-bosoner, som oladdade ( H0
) och laddad ( H±
) förutsägs inte i teorin [31] .
Standardmodellen förutsäger förekomsten av ett fält (kallat Higgs-fältet ) som har en amplitud som inte är noll i grundtillståndet, det vill säga ett förväntat vakuumvärde som inte är noll . Förekomsten av ett förväntat vakuumvärde som inte är noll leder till spontant brott av den elektrosvaga mätarens symmetri (se Higgs-mekanismen ).
Det var möjligt att upptäcka bosonen endast genom att känna till dess egenskaper väl [32] .
Sök efter Higgs-bosonen vid European Centre for Nuclear Research (CERN) vid Large Electron-Positron Collider (LEP) (1993 fastställde experimentet den nedre gränsen för Higgs-bosonmassan >52 GeV [33] , experimentet var slutförd 2001 , energin är 104 GeV per stråle, det vill säga den totala strålenergin i masscentrumsystemet på 208 GeV) misslyckades: tre kandidathändelser registrerades vid ALEPH- detektornmed en massa på 114 GeV, två - på DELPHIoch en på L3. Detta antal händelser motsvarade ungefär den förväntade bakgrundsnivån. Det antogs att frågan om existensen av Higgs-bosonen slutligen skulle klargöras efter driftsättningen och flera års drift av Large Hadron Collider (LHC, LHC).
2004 omarbetades data från D0-experimentet för att bestämma massan av t-kvarken , vilket utfördes vid Tevatron- synkrotronen vid National Accelerator Laboratory. Enrico Fermi , under loppet av denna bearbetning, erhölls en förbättrad massuppskattning, vilket ledde till en omvärdering av den övre gränsen för massan av Higgs-bosonen till 251 GeV [34] .
Under 2008-2009 en grupp ryska forskare från Joint Institute for Nuclear Research ( JINR ) och andra presenterade en mer exakt uppskattning av Higgs bosonmassa på cirka 118(±2) GeV från data om anisotropin av CMB [35] [36] [ 37] [38] .
Under 2010, under experiment på Tevatron , upptäckte forskargruppen DZero en 1% skillnad i antalet myoner och antimuoner som bildades under sönderfallet av B-mesonen [39] . Det tillkännagavs snart att orsaken till avvikelsen kunde vara existensen av inte en utan fem Higgs-bosoner - inom ramen för teorin om supersymmetri kan det finnas positivt och negativt laddade, skalära (lätta och tunga) och pseudoskalära bosoner [ 40] . Det förväntades att experiment vid Large Hadron Collider skulle hjälpa till att bekräfta eller motbevisa denna hypotes.
I juli 2011 avslöjade ATLAS- och CMS -samarbetet en statistisk avvikelse runt 130-150 GeV i resultaten som presenterades vid EPS-HEP'2011-konferensen i Grenoble , vilket kan indikera förekomsten av Higgs-bosonen [41] . Data från Large Hadron Collider fortsatte dock att komma in, och det var möjligt att efterföljande bearbetning skulle utjämna de resulterande avvikelserna. Samtidigt, vid samma konferens, stängdes intervallet från 150 GeV till 400 GeV (med en avvikelse på 3 %) (förutom för små fönster), där Higgs-bosonen inte kan existera [42] [43] .
I november 2011 minskade ATLAS- och CMS-samarbetet intervallet för möjliga bosonmassor till 114–141 GeV [44] . Intervallet från 141 till 443 GeV exkluderades med en sannolikhet på 99 %, förutom tre smala fönster mellan 220 och 320 GeV [45] .
Den 13 december 2011 presenterade ATLAS- och CMS-samarbetena de preliminära resultaten av bearbetningen av 2011 års data, huvudslutsatsen var att standardmodellen Higgs boson, om den finns, med största sannolikhet har en massa i intervallet 116-130 GeV enl. till ATLAS-experimentet och 115 -127 GeV - enligt CMS-data. Båda experimenten observerar signalöverskott över bakgrunden i dessa intervall i olika förmodade Higgs-bosonavklingningskanaler. Intressant nog pekade flera oberoende mätningar på regionen från 124 till 126 GeV [46] . Det var för tidigt att säga att ATLAS och CMS hade upptäckt Higgs-bosonen, men dessa uppdaterade resultat skapade ett stort intresse för partikelfysikgemenskapen. Men definitiva uttalanden om existensen eller icke-existensen av Higgs-bosonen krävde mer data, vilket förväntades 2012 [47] [48] .
2 juli 2012 D0- samarbeteoch CDFuppgav att det, baserat på analys av Tevatron- data, finns ett visst överskott som kan tolkas som orsakat av en Higgs-boson med en massa i intervallet 115-135 GeV med en statistisk signifikans på 2,9 standardavvikelser , vilket är mindre än tröskeln på 5 sigma som krävs för att göra anspråk på upptäckten av partikeln [49] [50] [51] .
Den 4 juli 2012, vid det vetenskapliga seminariet CERN, som hölls som en del av den vetenskapliga konferensen ICHEP 2012 i Melbourne [52] , var de preliminära resultaten av ATLAS- och CMS-experimenten om sökandet efter Higgs-bosonen under första halvan av 2012. presenteras. Båda detektorerna observerade en ny partikel med en massa på cirka 125-126 GeV med en statistisk signifikansnivå på 5 sigma [53] . Det antas att denna partikel är ett boson, medan det är det tyngsta boson som någonsin upptäckts [19] [20] . Fysikerna François Engler , Carl Hagen, Peter Higgs och Gerald Guralnik var inbjudna till seminariet, som är bland "författarna" till Higgs-mekanismen [54] .
I mars 2013 kom rapporter i media från enskilda forskningsdeltagare [55] [56] om att partikeln som upptäcktes av dem i juli 2012 verkligen är Higgs-bosonen, eftersom den har samma paritet och uppmätta sönderfallssannolikheter. Tillbaka i mars 2013 var forskare försiktiga när de svarade på frågan om denna partikel är Higgs-bosonen som förutspåtts av standardmodellen, eller är det en annan version av Higgs-bosonen, vilket vissa andra teorier som går utöver standardmodellen [56] säger . Men i slutet av 2013 kom båda samarbetena, efter att ha bearbetat den mängd data som erhållits, till preliminära slutsatser: den avslöjade Higgs-bosonen går inte utöver standardmodellen [57] och än så länge finns det inga experimentella indikationer på fysik bortom den.
2013 års Nobelpris i fysik gick till François Engler och Peter Higgs för att de förutspådde denna boson [58] .
I mars 2015 förfinade ATLAS- och CMS- samarbetena de tidigare uppgifterna om bosonmassan: 125,09±0,24 GeV, vilket är cirka 0,2% mer exakt än det tidigare värdet [59] .
I december 2015 meddelade forskare vid CERN att de hade bevis för ett annat boson med en massa på cirka 700 GeV, vilket kan vara det andra Higgs-bosonet som förutspåtts av supersymmetriska förlängningar av standardmodellen [60] .
Också i december 2015, med en statistisk signifikans på 2,4σ, fann ATLAS-fysiker en tolkningsbar manifestation av en laddad Higgs-boson med en massa i området 250–450 GeV [61] .
Vid konferensserien Moriond 2017 i mars 2017 presenterades en massa på 125,26 ± 0,20 ± 0,08 GeV/ s 2 , detta enligt data från Large Hadron Collider 2016. [62]
Higgs-bosonen är den sista partikeln som finns i standardmodellen . Higgspartikeln är så viktig att titeln på Nobelpristagaren Leon Ledermans bok The God Particle: If the Universe is the Answer, What's the Question?”Den kallas för ”gudspartikel” ( gudspartikel [63] eller gudspartikel ), och Lederman själv föreslog ursprungligen alternativet ”jävla partikel” ( eng. goddamn particle ), förkastad av redaktören [64] . Detta ironiska namn används flitigt av media [65] . Många forskare godkänner inte detta smeknamn, eftersom "champagneflaskbosonen" ( eng. champagneflaskaboson ) är mer framgångsrik - på grund av bildspelet, eftersom potentialen i Higgs komplexa fält liknar botten på en champagneflaska , och dess upptäckt kommer helt klart att leda till förödelsen av mer än en sådan flaska [66] .
Ordböcker och uppslagsverk | |
---|---|
I bibliografiska kataloger |
|
Partiklar i fysiken | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
grundläggande partiklar |
| ||||||||||||
Kompositpartiklar _ |
| ||||||||||||