Хигс бозонът – откритието на 21 век
Съвременната физика е доволно странна наука. Хората още от древността се опитват да подредят заобикалящия ги свят, да открият модели, да разнищят първоначалната логика, която стои зад феномена, наречен Вселена. Физиката за съжаление е антропоцентрична и няма как това да бъде иначе. Всички закономерности, които сме открили, моделите и явленията, различните константи, едва ли биха имали някакво значение за Вселената, ако нас ни нямаше, ако хората не съществуваха, за да ги наблюдават. Да вземем например скоростта на светлината, една от най-универсалните константи във физиката. Никой не може да обясни защо стойността и е точно каквато е. Всичко, което знаем е, че Вселената работи при тази стойност и засега емпирично не сме открили други възможности. Най-доброто, на което физиците могат да се надяват, е да разберат как функционира действителността около нас, без да налагат някакъв по-особен смисъл и предназначение в нейните параметри.
Преди повече от 2000 години в Древна Гърция Левкип, а по-късно и неговият ученик Демокрит, предлагат първите хипотези за дискретния строеж на света. Наблюдавайки внимателно материята около себе си и явленията, които протичат с нея, те предполагат, че светът е изграден от малки неделими частици – атоми, и пустота, в която те непрекъснато се движат. Удивително е колко точна и гениална за времето си е тази формулировка. В края на 18 и началото на 19 век настъпва период на научни открития в областта на микросвета и знанието на хората за стоежа на материята преминава на ново ниво. Открити са протоните, неутроните и електроните като градивни частици на атома. Дълго време се е смятало, че това е последната стъпка и последната страница е на път да бъде затворена в книгата, наречена „Физика на елементарните частици“. В средата на 20 век, обаче, учените започват да откриват нови и нови частици и да ги класифицират в нещо, наречено Стандартен модел.
Стандартен модел
Теорията за Стандартния модел във физиката на елементарните частици касае електрмагнитното, слабото и силното ядрени взаимодействия. Най-просто казано, той групира познатите частици по техните характеристики и дава теоретична рамка на почти всички реакции и взаимодействия във Вселената. Често тази теория е наричана „Теория на почти всичко“, основно защото не успява да обясни гравитацията, описана от Общата теория на относителността и тъмната материя, която съставя голяма част от масата на Вселената. В Стандартния модел частиците са групирани в няколко категории.
Фермионите са 12 на брой и се разделят на кварки и лептони. Шестте кварка от своя страна са основните градивни частици на материята - два от тях изграждат протоните и неутроните, а останалите се срещат при много високи енергии. Лептоните са електрон, мюон и тау, както и съответстващите им неутрино – електронно, мюонно и тау неутрино. Това са частици, които не влизат в силни взаимодействия.
Другата голяма група са бозоните – те са носители на фундаменталните взаимодействия в природата. Фотонът е носител на електромагнитното взаимодействие, което е и най-разпространеното около нас на макро и микро ниво. Силите, които действат между положително и отрицателно заредени частици държат атомите и молекулите заедно, благодарение на тях можем да седим на столове, да поставяме различни предмети върху маси, да ги държим в ръка или да упражняваме сили – да ги бутаме, дърпаме, хвърляме и т.н. W и Z бозоните са носители на слабото ядрено взаимодействие, което е отговорно за радиоактивния разпад на частиците, а също така благодарение на него в звездите могат да започнат процеси на синтез. Глуоните са носителите на силното ядрено взаимодействие, те държат кварките заедно в протоните и неутроните, давайки цялост на атомното ядро.
Хигс бозон
Тази наскоро добила популярност частица е предсказана теоретично още през далечната 1964 година. Тя носи името на британския физик Питър Хигс, който е един от шестте учени, дефинирали полето на Хигс и механизма на Хигс. Това поле съществува навсякъде в пространството около нас и е фундаментално вплетено в самите му нишки. Механизмът на Хигс обяснява как това поле влияе на елементарните частици и им предава маса. Можем да си представим полето на Хигс като вид лепкава субстанция, в която различните частици „залепват“ по различен начин в пространството, придобивайки различна маса. По същния начин, по който фотоните отговарят за електромагнитното взаимодействие, нормално е да се предположи, че полето на Хигс има свой бозон, който е квантът на това поле, неговото дискретно проявление. Въпреки че емпирично съществуването на полето на Хигс и механизма на Хигс е установено, доказателствата за наличието на Хигс бозона убягваха на учените, основно заради технологични ограничения в оборудването, с което той бе търсен.
Ускорители на частици
Основният метод за изследване на материята, на нови и екзотични частици, е сблъскването на вече познати частици една в друга с голяма скорост. Звучи малко варварско и ненаучно, но резултатите са поразително добри. Тези експерименти се провеждат в уреди, наречени ускорители на елементарни частици – огромни съоръжения, дълги десетки километри, в които, с мощни свръхпроводими магнити, частиците се ускоряват до скорости, близки до светлинната. Сблъсъкът, който следва, кара двете частици да преминат за много кратко време в чиста енергия, от която след това се раждат нови частици. В зависимост от енергиите, с които се работи, могат да се изследват различни видове елементарни частици. До построяването на LHC (Големия адронен колайдер) в Церн, наличните ускорители не бяха способни да работят в енергийния диапазон, в който трябваше да бъде търсен Хигс бозона по теоретичните предположения на Стандартния модел.
Метод на изследване
Самият Хигс бозон не може да бъде измерен и наблюдаван пряко, защото съществуването му продължава прекалено кратко. Учените съдят за появата му по остатъчните частици, на които той се разпада, след като е бил създаден. Тъй като тези дериватни частици могат да бъдат различни, а освен това различни частици могат да произведат остатък, сходен с този на Хигс бозона, учените трябва да правят експерименти едновременно в много различни канали (12 в случая на откритието в ЦЕРН), за да са сигурни, че точно Хигс бозонът е бил създаден и е произвел частиците след разпадането си. Поради изключително краткото време, в което се случва експериментът, много малко измервания могат да бъдат направени, затова колайдерът работи почти непрекъснато, повтаряйки експеримента достатъчно пъти, за да могат данните да бъдат обработени статистически в полезна и валидна информация. В търсенето на Хигз бозона са работили независимо два от 4-те проекта на LHC - CMS и ALICE, и двата са получили много сходни помежду си данни, провеждайки различни по вид експерименти, което довежда до следващия въпрос:
Дали е той?
На конгреса, който вчера бе излъчван на живо в мрежата, учените от ЦЕРН бяха оптимистично-предпазливи относно частицата, която са открили. Има много фактори, които ги карат да мислят, че точно това е търсеният Хигс бозон и начинанието се е увенчало с успех. Като начало данните, които бяха събрани досега от предишните експерименти, ограничават диапазона на енергията (масата), която частицата трябва да притежава, за да се впише в теоретичния модел. Откритието в ЦЕРН напълно съвпада с тези предположения, а според учените, масата от 125.3 ± 0.6 GeV/c2 е много подходяща за тях с оглед на следващите експерименти, които ще се проведат, за да се изследва новата частица.
Какво означава това откритие?
Много колеги спекулират с понятието „божествена частица“, което като всяка сензация набра неочаквана скорост. Самите учени избягват да наричат така Хигс бозона, защото в него няма нищо божествено, няма някаква изначална промисъл. Изследването на тази фундаментална частица може да даде на хората по-добро познание и разбиране на света на елементарните частици, на тъмната материя, която е непозната за нас и представлява повече от 90% от масата във Вселената. Опитите с този квант на Хигс полето ще покажат в детайли какви са механизмите, чрез които различните частици придобиват маса, какви са закономерностите които управляват тези процеси и как биха могли те да се отразят върху възприятията ни за силите, които действат около нас. Безспорно това е най-значимото откритие във физиката през 21 век, но да не забравяме, че сме едва в началото на този век.
http://news.idg.bg/tehnologii/64715_higs_bozonat__otkritieto_na_21_vek/
Из писмо на Плиний Млади към Тацит: "Хубавата книга е като всяко друго хубаво нещо: колкото е по-голяма, толкова по-хубава..."
