"Higgs Boson terbuka, apa lagi?"

“Higgs Boson terbuka, apa lagi?”

Valery Rubakov, Boris Shtern
"Trinity Option" №12 (256), 19 Jun, 2018

Valery Rubakov

Pada 7 Jun, 2018, di pusat kebudayaan dan pendidikan "Arkh" syarahan oleh Akademik Akademi Sains Rusia, Valery Rubakov mengenai boson Higgs dan penyelidikan yang kini sedang berlaku di BAK diadakan. Dengan persetujuan jenis "Arkhe" terbitan yang dibenarkan masuk. A. Rubakov persembahan kuliah ini disediakan Oleh Boris Stern.

Penemuan boson Higgs itu dilaporkan pada 4 Julai 2012 di sebuah seminar di CERN. Ia dikatakan agak berhati-hati: zarah baru telah ditemui dan sifatnya selaras dengan sifat-sifat yang diramalkan boson Higgs. Dan pada tahun-tahun berikutnya, kami secara beransur-ansur menjadi lebih yakin dan yakin bahawa sifatnya adalah apa yang telah diramalkan ahli-ahli teori, dan lebih-lebih lagi dalam model yang paling naif. Perkara yang paling penting ialah, sebagai ahli teori berkata, ia bukan sekadar zarah baru, tetapi wakil sektor baru zarah asas – sektor Higgs.

Rajah. 1. Model Zarah "Zoo"

Biarkan saya mengingatkan anda tentang perkara utama Model Standard. Seluruh "zoo" zarahnya bersesuaian dengan satu slaid. Proton, neutron, π-meson adalah semua zarah komposit. Zarah-zarah asas tidak begitu banyak.Ini adalah keluarga lepton, keluarga quark yang membentuk sektor fermion. Sektor kedua adalah zarah yang bertanggungjawab untuk interaksi mereka: foton, W- dan Z-boson, gluon dan graviti. Boson berinteraksi bukan sahaja dengan fermions, tetapi juga antara satu sama lain. Yang paling terkenal adalah zarah-zarah ini.

Yang paling menarik dalam manifestasi mereka adalah gluon, mereka adalah orang-orang yang mengikat quarks dalam proton sehingga tidak mungkin untuk memisahkan. The boson W dan Z adalah serupa dalam peranan mereka kepada foton, tetapi mereka besar dan bertanggungjawab untuk interaksi lemah yang serupa dengan elektromagnetik, walaupun mereka kelihatan berbeza. Masih ada zarah graviton. Lagipun, gelombang graviti sudah terbuka, dan di mana terdapat gelombang, mesti ada zarah. Satu lagi perkara ialah kita, nampaknya, tidak akan dapat menerima dan mendaftarkan graviti satu demi satu.

Dan akhirnya boson Higgs, yang merupakan sektor yang berasingan pada slaid kami. Ini adalah zarah lain yang berdiri sendiri di seluruh "zoo", yang terdiri daripada sebilangan kecil spesies yang berlainan.

Apakah boson Higgs?

Untuk permulaan: apa boson? Setiap zarah, seperti bahagian atas, mempunyai tork dalaman, atau spin (ini adalah fenomena mekanik kuantum).Ia berlaku spin separuh dan integer dalam unit pemalar Planck. Zarah dengan spin 1/2 atau 3/2 (mana-mana separuh integer berputar) dipanggil fermions. Dalam boson, spin adalah utuh, yang membawa kepada perbezaan fundamental dalam sifat-sifat zarah-zarah ini (boson suka mengumpul dalam keadaan mekanik kuantum yang sama, seperti foton dalam gelombang radio; fermion, sebaliknya, mengelakkan ini, kerana elektron-elektron itu mengisi cangkang atom yang berbeza. Ed.). Jadi, boson Higgs mempunyai putaran 0 (yang juga integer).

Higgs Boson adalah zarah berat. Jisimnya adalah 125 GeV (untuk perbandingan: jisim proton adalah urutan 1 GeV, jisim zarah paling berat, t-quark, ialah 172 GeV). Boson Higgs adalah neutral elektrik.

Zarah-zarah baru ditemui pada pemecut, mereka dilahirkan dalam pelanggaran zarah, dalam kes ini dalam perlanggaran proton. Kemudian daftarkan produk pembusukan zarah yang dikehendaki. Higgs boson melaraskan secara purata dalam 10-22 c. Untuk zarah berat, ini bukan masa yang sangat singkat – quark teratas, misalnya, hidup 500 kali kurang.

Dan boson Higgs mempunyai pelbagai cara untuk mereput. Salah satu "saluran emas" yang mereput – pembusukan menjadi dua foton – agak jarang: dengan cara ini, boson Higgs melenyap dalam dua kes daripada seribu.Tetapi jalan ini adalah luar biasa kerana kedua-dua foton adalah tenaga tinggi. Dalam sistem sisa Higgs boson, setiap foton mempunyai tenaga 62.5 GeV, yang banyak tenaga. Foton-photon ini kelihatan jelas, anda boleh mengukur arah pergerakan mereka, tenaga. Saluran pereputan yang lebih bersih – mereput menjadi empat lepton: menjadi dua pasang e+ dan epada e+, e dan μ+, µ atau empat muons. Ternyata empat zarah bertenaga bertenaga tinggi, yang juga jelas terlihat, mereka dapat mengukur tenaga dan arah keberangkatan.

Bagaimana untuk mengetahui apa yang kita lihat betul-betul pembusukan boson Higgs? Katakan kita berdaftar dua foton. Pada masa yang sama terdapat banyak proses lain yang membawa kepada kelahiran dua foton. Tetapi jika foton berasal dari pereputan zarah tertentu, maka adalah mungkin untuk menentukan jisimnya oleh mereka. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk mengira tenaga dua foton dalam sistem rujukan, di mana mereka terbang ke arah yang bertentangan dengan tenaga yang sama – di pusat sistem massa. Dalam rangka rujukan kami, ini adalah kombinasi yang jelas dari tenaga foton dan sudut berselerak di antara mereka. Ia dipanggil jisim invariant sistem zarah. Jika foton adalah produk pembusukan boson Higgs, jisim invariannya mesti sama dengan jisim boson dengan ketepatan ralat pengukuran.Begitu juga, jika boson itu jatuh ke dalam empat zarah.

Rajah. 2 Pengedaran peristiwa oleh jisim invariant dua foton yang didaftarkan oleh pemasangan CMS. Tombol di atas lengkung lancar dan terdapat boson Higgs

Dalam ara. 2 menunjukkan pembahagian peristiwa oleh jisim invariant dua foton. Yang terakhir diplot sepanjang paksi mendatar, dan di sepanjang paksi menegak bilangan peristiwa diplotkan. Terdapat latar belakang yang berterusan, dan terdapat "kilat" di rantau ini jisim invarian 125 GeV. Mungkin anda akan ketawa, tetapi "tamparan" ini adalah boson Higgs. Puncak yang sama muncul dalam jisim invasiat empat lepton (e+, e, µ+, µ), yang mana ia juga berpecah. Hanya ini berlaku dalam satu daripada sepuluh ribu pelunturan. Iaitu, adalah perlu untuk menjana satu juta boson Higgs untuk mengumpulkan seratus penghancuran menjadi dua pasangan lepton. Dan ia telah selesai.

Ia adalah mungkin untuk mengukur tenaga dan arah pelepasan (dengan itu, momentum) elektron dikenakan atau muon dengan ketepatan yang lebih tinggi daripada dalam foton. Untuk tujuan ini, pengesan mempunyai medan magnet yang kuat: kelengkungan lintasan zarah yang dikenakan dalam medan magnet menjadikannya mungkin untuk menentukan momentumnya (serta tanda pertuduhan).Di samping itu, lepton bertenaga tinggi terpencil dilahirkan sedikit, dan lebih-lebih lagi bilangan kuadruple lepton terpencil (terpencil, iaitu, di luar jet hadron) adalah kecil. Oleh itu, latar belakang untuk pembusukan menjadi empat lepton adalah kecil.

Akhirnya, para penyelidik di LHC memilih peristiwa-peristiwa di mana jisim yang invariant satu sepasang lepton tanda bertentangan sama dengan jisim Z-boson (Higgs menghancurkan ke Z yang sebenar dan Z maya), yang lebih berat dengan latar belakang. Tetapi pembusukan menjadi empat lepton sebenarnya tidak lebih baik daripada pembusukan menjadi dua foton, kerana kebarangkalian kerosakan kepada dua foton jauh lebih tinggi, kesilapan dalam pengukurannya dikompensasikan oleh lebih banyak statistik.

Kenapa boson Higgs baru sahaja ditemui

Terdapat dua keadaan. Pertama, zarah yang dikehendaki adalah berat. Oleh itu, anda memerlukan pemecut untuk tenaga yang tinggi. Kedua, perlu mempunyai intensitas rasuk yang besar sehingga jumlah perlanggaran cukup. Pakar fizik menggunakan kilauan kata, yang mencerminkan bilangan perlanggaran setiap unit masa. Anda mesti mempunyai banyak perlanggaran.

Semuanya seolah-olah normal dengan tenaga, kerana sebelum Hadron Collider Besar, Tevatron bekerja – pelanggar di Amerika Syarikat. Dia mempunyai 2 tenaga total TeV.Nampaknya tidak buruk, kerana Higgs boson adalah 125 GeV. Pada dasarnya, dari segi tenaga, Tevatron dapat menghasilkan boson Higgs. Tetapi dia tidak mempunyai cukup cahaya. Dia tidak mempunyai boson Higgs yang cukup.

Beberapa perkataan mengenai BAC

The Hadron Collider Besar adalah struktur yang luar biasa dalam semua aspek. Ini adalah pemacu pemecut superconducting, yang terletak di bawah tanah. Panjang cincinnya adalah 27 km, dan cincin keseluruhannya terdiri daripada magnet yang memegang proton dalam gelang ini, magnet superkonduktor. Pada masa itu, apabila BAC dibina, ia adalah pencapaian teknologi terakhir. Sekarang terdapat cubaan yang agak berjaya untuk mendapatkan medan magnet yang lebih kuat dalam magnet. Tetapi pada masa itu, ia adalah yang paling banyak. Secara umum, segala yang sedang dilakukan di sana adalah puncak teknologi moden, pada keupayaan manusia.

Pertama, LHC dipercepatkan proton kepada tenaga keseluruhan 7 TeV, maka – 8 TeV. Setiap proton, berlanggar, mempunyai tenaga 4 TeV. Setelah mula bekerja dengan stabil pada 2010 pada tenaga 7 TeV, pada tahun 2011, UAC beralih kepada tenaga 8 TeV, dan tenaga yang diunjurkan ialah 14 TeV. Sekarang, untuk sebab-sebab teknikal licik, sehingga 14 TeV belum tercapai; sejak tahun 2015, pemecut telah beroperasi pada jumlah tenaga 13 TeV.Kilauannya sangat tinggi oleh semua piawaian, pakar di CERN, tentu saja, adalah tuan yang hebat. Dan pelanggaran sebenar zarah berlaku di empat tempat, kami tertarik dengan dua daripadanya, di mana terdapat pengesan ATLAS dan CMS. Sesuatu seperti ini adalah apa yang kelihatan seperti CMS – muon solenoid padat (Rajah 4).

Rajah. 3 ATLAS (foto dari cds.cern.ch) Rajah. 4 Muon solenoid padat (CMS dari bahasa Inggeris. Compact Muon Solenoid)

Yang paling melampau adalah ruang muon, yang membolehkan anda merekod dan mengukur parameter muons yang terbang melalui pengesan keseluruhan, berkelip ke sana. Semua ini dilampirkan dalam medan magnet untuk mengukur momentumnya dengan kelengkungan gerakan zarah itu.

ATLAS – lebih lagi. Ini adalah rumah berbilang tingkat, yang tersumbat sepenuhnya dengan peralatan.

Pengesan ini mengukur tenaga, denyutan, arah pergerakan zarah, menentukan sama ada ia adalah elektron, foton, muon, atau zarah yang kuat berinteraksi seperti proton atau neutron, semuanya mempunyai tandatangan mereka.

Kisah menarik yang berasingan berkaitan dengan cara kumpulan ahli fizik diatur – kolaborasi yang terlibat dalam perkara ini. Sudah jelas bahawa untuk membangunkan mesin gergasi seperti itu, mencipta dan menyelenggara, mengeluarkan dan memproses data, pastikan tiada apa-apa yang rosak, mencari pelbagai peristiwa dan fenomena yang menarik, kita memerlukan pasukan yang besar.Mereka berkumpul di seluruh dunia. Angka ciri adalah 3.5 ribu ahli fizik dalam setiap kerjasama, di ATLAS dan CMS. Kumpulan-kumpulan ini adalah antarabangsa: sebagai tambahan kepada pakar-pakar Eropah dari Amerika, Jepun, China, Rusia, dan lain-lain, jumlah institusi adalah sekitar 200; 150-200 dalam setiap kerjasama. Adalah baik bahawa ini adalah sistem penganjur diri. Ini adalah sistem yang dianjurkan "dari bawah", terdapat "bapa pengasas" mereka sendiri, yang pada tahun 1990-an bertukar menjadi ahli fizik yang berminat. Sebilangan besar orang berkumpul, tetapi tidak ada pemimpin, kecuali orang yang dipilih, semuanya dibahagikan kepada kumpulan, subkelompok yang bertanggungjawab untuk masing-masing, semuanya diatur. Walaupun mereka adalah orang-orang budaya yang berbeza, semuanya berfungsi. Jangan bertengkar, tidak saling berkerut.

Harus dikatakan bahawa Rusia boleh bangga dan bangga bahawa kami turut serta dalam semua kegiatan ini. Di CERN dan di sekelilingnya, semua orang memahami dan menekankan: Sumbangan Rusia agak besar dan serius. Sebahagian besar pemecut telah dibuat di Novosibirsk. Sebilangan besar elemen pengesan juga dibuat dengan kami. Dan para peserta kami banyak, dari bandar-bandar yang berbeza, institusi yang berbeza.Kira-kira dari segi wang, sumber dan orang, Rusia menyumbang 5-7% pengesan CERN (bergantung kepada pengesan tertentu). Yang cukup biasa untuk negara kita.

Kenapa kita memerlukan boson Higgs

Mari kita beralih kepada bahagian teoretikal, mungkin sedikit membosankan dan suram, tetapi nampaknya saya berguna untuk memahami dan menjelaskan, sekurang-kurangnya secara kualitatif, kenapa Engler, Braut dan Higgs tiba-tiba memutuskan bahawa harus ada zarah baru. Lebih tepat lagi, Higgs memutuskan bahawa harus ada zarah baru, dan Engler dan Braut datang dengan medan boson.

Pertama sekali, kita mesti ingat bahawa setiap zarah dikaitkan dengan medan. Satu zarah sentiasa kuantum medan tertentu. Terdapat medan elektromagnet, gelombang elektromagnetik, dan foton – kuantum medan elektromagnet dikaitkan dengannya. Di sini juga: Higgs boson adalah kuantum bidang tertentu. Anda boleh bertanya: kenapa kita memerlukan bidang baru? Engler dan Braut menyedari terlebih dahulu.

Di sini kita mesti pergi sedikit ke sebelah. Dunia diperintah oleh pelbagai jenis simetri. Contohnya, ruang masa, yang berkaitan dengan perubahan masa dan ruang: fizik esok adalah sama seperti semalam, fizik di sini adalah sama seperti di China. Undang-undang pemuliharaan tenaga dan momentum dikaitkan dengan simetri ini.Terdapat juga kurang jelas, dari sudut pandangan pengalaman sehari-hari kita, simetri – dalaman. Sebagai contoh, dalam elektrodinamika terdapat simetri, yang membawa kepada undang-undang pemuliharaan cas elektrik. Ia tidak kelihatan, kecuali pada formula, tetapi ia adalah. Bersama-sama dengan undang-undang pemuliharaan tenaga, simetri ini melarang elektron mereput. Adalah luar biasa bahawa simetri yang sama melarang foton mempunyai massa, dan ia benar-benar tidak memilikinya. Gluon juga tanpa kegelapan atas sebab yang sama – mereka dilarang mempunyai massa simetri yang berkaitan dengan "warna". Quarks dikenakan dengan "warna", dan gluon terikat kepada "warna", seperti foton untuk mengenakan bayaran.

Tetapi zarah yang bertanggungjawab untuk interaksi lemah – boson W dan Z – sangat besar. Masalahnya ialah mereka sangat mirip dengan foton: sebuah elektron boleh bertaburan oleh elektron, bertukar foton, dan mungkin Z-boson. Prosesnya sangat serupa, saya ingin mengaitkan interaksi lemah kepada simetri jenis yang sama bahawa mereka mempunyai elektromagnetik (ia dipanggil simetri gauge), tetapi massa W dan Z – pembawa interaksi lemah – tidak membenarkan ini, ia memecahkan simetri tolok.

Kenapa simetri indah ini pecah? TernyataIni adalah fenomena yang agak sejagat dalam alam: banyak simetri wujud dalam undang-undang utama alam semula jadi, tetapi ia dilanggar dalam Alam semesta sebenar. Fenomena ini dipanggil "pemecahan simetri spontan".

Bayangkan bahawa anda dan saya adalah orang-orang kecil yang hidup dalam magnet kekal, dalam sekeping besi yang magnet. Kami melakukan eksperimen dengan elektron: kita mendapatkan pasangan elektron-positron (kita mempunyai pemecut kecil di sana, kita memancarkan elektron). Oleh itu, elektron-elektron ini terbang dalam magnet bukan dalam garis lurus. Kerana kenyataan bahawa terdapat medan magnet, mereka "luka" di atasnya dan terbang dalam lingkaran. Kami mengukur mereka dan berkata: lelaki, kita mempunyai arah yang khusus, dunia kita bukan isotropik, kita mempunyai paksi khusus di mana elektron luka.

Tetapi jika kita ahli teori pintar, maka kita akan meneka bahawa titik bukan ruang itu mempunyai arah khusus, tetapi terdapat medan magnet di ruang ini. Kita akan faham: jika kita mampu mengeluarkan medan magnet ini, maka dalam ruang semua arah akan sama. Kami akan memutuskan bahawa terdapat simetri yang berkaitan dengan putaran, tetapi ia dipatahkan oleh fakta bahawa terdapat medan magnet di angkasa.Dan jika kita lebih mahir teori, maka, menyedari bahawa ada bidang baru yang memberikan pemecahan simetri, mereka mengatakan bahawa harus ada kuantumnya. Dan mereka akan meramalkan foton. Dan betul akan meramalkan! Simetri boleh dipecahkan jika terdapat medan tumpah di ruang yang memecah simetri ini.

Dan inilah yang berlaku dalam fizik mikroworld. Dengan beberapa perbezaan. Perbezaannya ialah simetri tidak spatial, tidak berbanding dengan putaran spasial, seperti dalam magnet, tetapi dalaman. Dan kita tidak mempunyai besi di sini, simetri ini rosak di dalam vakum. Akhirnya, tidak seperti medan magnet, di sini anda memerlukan medan baru. Ini adalah bidang Engler, Broute dan Higgs, yang memperuntukkan pelanggaran ini. Dan kehalusan adalah medan magnet adalah vektor, ia mempunyai arah, tetapi bidang ini mesti skalar supaya tidak memecahkan simetri berkenaan dengan putaran spasial. Ia tidak boleh dihantar ke mana-mana sahaja. Satu zarah medan ini mesti mempunyai putaran sama dengan sifar.

Gambar seperti ini dicadangkan dan dipakai dalam formula oleh Engler dan Braut, kemudian oleh Higgs. Tetapi Engler dan Braut entah bagaimana tidak memberi perhatian kepada fakta bahawa teori mereka meramalkan zarah baru.Dan Higgs, yang menerbitkan karya-karyanya sedikit kemudian, menarik perhatian ini, dan atas cadangan penyelidik, yang bertanya jika Higgs mempunyai apa-apa perkara baru dalam artikel yang Engler dan Braut tidak mengatakan tentang. Higgs berfikir dan berfikir dan menyatakan bahawa mesti ada zarah baru. Oleh itu, ia dipanggil "boson Higgs."

Apa yang akan datang?

Setakat ini, segala-galanya telah "dalam kesihatan." Tetapi soalan kekal. Di satu pihak, gambar dengan boson Higgs adalah konsisten. Secara rasmi, segala-galanya dapat dihitung, segala-galanya boleh dikira, mempunyai parameter yang diketahui teori ini – pemalar gandingan, massa. Tetapi kepuasan akhir gambar ini tidak membawa. Dan salah satu tempat paling penting yang menghalang ahli fizik daripada tidur dengan baik ialah sifatnya terdapat skala tenaga yang sangat berbeza dari interaksi.

Interaksi yang kuat antara kuark dan gluon mempunyai skala sifat mereka sendiri. Ini, kira-kira bercakap, adalah jisim proton – 1 GeV. Terdapat skala interaksi yang lemah, 100 GeV (jisim W, Z, Higgs boson). Dan skala ini tepat skala lapangan Higgs – kira-kira 100 GeV. Dan ia akan menjadi apa-apa, tetapi masih terdapat jisim Planck – skala graviti. Yang sudah 1019 GeV. Dan, sudah tentu, ia sudah pelik: jenis sejarah apakah ini, mengapa skala ini semua berbeza?

Tidak ada masalah dengan skala interaksi yang kuat: terdapat mekanisme untuk memahami perbezaan antara skala dan graviti ini (dengan baik, sekurang-kurangnya, keluarkan kebingungan kita di bawah permaidani). Tetapi dengan skala boson Higgs, kes itu tidak baik. Kenapa Kerana, pada hakikatnya, dalam alam ada vakum – keadaan tanpa zarah. Dan ini bukan kekosongan mutlak sama sekali – dalam erti kata bahawa proses maya berlaku sepanjang masa dalam vakum: pemusnahan kelahiran pasangan zarah dan turun naik medan. Hidup terus di sana sepanjang masa. Walau bagaimanapun, kerana ini adalah vakum dan tiada zarah di dalamnya, ini tidak dapat dilihat secara langsung oleh kami. Dan secara tak langsung – sangat kelihatan. Sebagai contoh, proses kelahiran pasangan maya mempengaruhi sifat-sifat atom, mengubah tahap tenaga mereka. Ini adalah peralihan Lamb lama yang dikira pada tahun 1930-an dan diukur pada tahun 1940-an. Kesannya biasanya tidak begitu kuat. Peralihan Gelombang ini adalah hanya sebahagian kecil daripada peratus.

Tetapi ada satu tempat di mana vakum "menembak" 100%. Ini hanya jisim boson Higgs. Ternyata jika anda mula mengambil kira kelahiran dan pemusnahan zarah-zarah maya dan cuba mengira – berapa banyak proses ini menyumbang kepada massa boson Higgs – kemudian pastikan bahawa fenomena ini cenderung untuk menarik jisim Higgs boson ke jisim Planck. Mereka menghalang boson Higgs dari menjadi terang.

Dan ini benar-benar perkara yang dahsyat. Saya benar-benar mahu memahami mengapa ia bersifat sebenar bahawa skala elektro yang lemah sangat kecil berbanding skala graviti 1019 GeV. Ini dapat dijelaskan oleh fakta bahawa kita tidak banyak mengetahui tentang fizik pada tenaga yang tidak begitu tinggi, dengan tenaga skala 1 TeV. Hakikatnya ialah jika perubahan fizik pada skala teraelectronvolt, maka mungkin mukjizat berlaku di sana: untuk sebab tertentu, pengaruh vakum adalah kecil, tidak penting. Idea sedemikian. Mungkin LHC belum menemui segala-galanya, dan mesti terdapat fenomena baru yang tersedia untuknya. Tenaga beliau, saya ingat, adalah 14 TeV. Benar, perlanggaran proton ini dengan proton. Quark dengan kuark mempunyai kira-kira enam kali ganda tenaga perlanggaran. Oleh itu, skala sebenar tenaga yang sedang dikaji oleh BAC adalah 2-3 TeV. Namun, ini adalah skala yang sama (seperti yang kita mahukan) fizik baru, fenomena fizikal yang benar-benar baru boleh muncul.

Dan saya mesti memberitahu anda bahawa pada hakikatnya keadaan sekarang sangat bodoh. Kerana LHC telah bekerja hampir dengan tenaga reka bentuknya – 13 TeV, ia bekerja dengan sempurna pada tahun 2017, dan sekarang kerja ini terus berlanjut.Dan sementara tidak ada – tidak! – Tanda-tanda fizik baru ini, yang mana kita semua berharap. Semua pertimbangan ini, yang saya katakan kepada anda, tidak disahkan. Sama ada tidak cukup kilauan, tidak cukup perlanggaran, statistik tidak mencukupi. Sama ada sesuatu di sini tidak sama sekali, dan semua ini cukup meyakinkan, tetapi tidak benar-benar hujah besi, mungkin salah.

Apa yang boleh menjadi fizik baru? Harapan yang sangat tinggi adalah pada supersimetri. Ia luar biasa kerana ia adalah teori di mana terdapat simetri tambahan berbanding dengan semua yang diketahui. Yang mengikat zarah dengan keseluruhan dan separuh integer spin – boson dan fermions. Secara kebetulan, simetri ini dicadangkan oleh ahli teori di Moscow, di FIAN, pada tahun 1970-an.

Dalam konteks fizik zarah asas, ini bermakna yang berikut: jika anda mempunyai quark dengan putaran 1/2, maka ia mesti mempunyai pasangan, yang kuar skalar dipanggil tanpa berfikir dua kali – "squark" dengan spin 0. Elektron mesti mempunyai pasangan – skalar elektron , foton sebagai pasangan harus mempunyai photino dengan spin 1/2, untuk gluon – gluino, untuk graviton – gravitino.

Selain gravitino, semua zarah ini, jika ia ringan, mesti dilahirkan di Collider Large Hadron.Secara amnya, hotheads berkata ini: LHC akan menyala – dan perkara pertama yang perlu dilakukan adalah untuk tidak mencari boson Higgs, tetapi supersimetri. Dan pendapat ini dikongsi bukan sahaja oleh ramai ahli teori, tetapi juga oleh para peneliti miskin yang berteori oleh ahli teori. Walau bagaimanapun, supersimetri masih belum dibuka, hanya terdapat sekatan pada massa zarah-zarah di atas. Secara umum, nampaknya supersimetri wujud dalam tenaga yang tidak terlalu tinggi.

Rajah. 5 Skema Collider Hadron Besar (gambar dari cds.cern.ch)

Mengapa supersymmetry baik? Ternyata sumbangan zarah-zarah maya kepada massa boson Higgs mempunyai tanda-tanda yang berbeza untuk berputar yang berlainan. Dengan supersimetri, sumbangan boson dan fermion dikurangkan kepada sifar, dan jika anda mempunyai foton dan foton atau W boson dan wain, maka sumbangan mereka juga berkurangan kepada sifar. Jika massa zarah dan superpartnernya berbeza – dan ini benar, tidak ada elektron skalar dengan jisim yang sama seperti elektron, kita tahu ini pasti – maka pengurangan ini tidak berlaku kepada sifar. Tetapi jika orang ramai di rantau teraelectronvolt, maka ternyata bahawa sumbangan ini mempunyai skala beratus gigaelektronvolts, dan semuanya semuanya baik-baik saja. Tetapi ini tidak lagi berfungsi.Sudah, batasan pada orang ramai begitu kuat sehingga mekanisme pengurangan ini tidak berfungsi sepenuhnya, bukan untuk mendapatkan 100 GeV. Jika ia adalah naif untuk mengira, maka sesuatu seperti 500-700 GeV untuk massa boson Higgs harus berubah. Jadi sekarang keadaan dengan carian untuk supersymmetry sangat tegang.

Terdapat senario: sebagai contoh, boson Higgs boleh menjadi komposit, tidak semestinya asas. Dan secara umum, dalam fizik bahan pekat, analog mekanisme Higgs diketahui, dan di sana analogi boson Higgs atau medan Higgs tidak bersifat elemental, tetapi komposit. Contoh yang paling terkenal ialah superkonduktiviti. Dalam superkonduktor, foton nampaknya mempunyai massa, ini adalah kesan Meissner yang dipanggil. Teori Engler-Braut-Higgs adalah hampir satu-satu teori Ginzburg-Landau yang dicadangkan sepuluh tahun sebelum Engler-Braut-Higgs.

Sekiranya boson Higgs adalah komposit, maka semuanya berubah, dan sumbangan besar dari interaksi dengan vakum hilang, saiz sistem komposit seperti proton muncul. Sekiranya saiz ini 10-18 cm, maka tenaga sepadan sistem itu munasabah, sementara struktur dalaman tetap tidak dapat dibezakan.Model sedemikian mempunyai ramalan mereka sendiri, tetapi sekali lagi, tidak ada apa-apa yang menyerupai pemecut yang dapat dilihat.

Mungkin kita tidak faham sesuatu dengan kuat, para ahli teori tidak memikirkan banyak perkara, tidak menemuinya di kepala mereka. Sudah tentu, di Large Hadron Collider terdapat program untuk mencari fenomena baru yang tidak bergantung pada ramalan teori. Kami akan mencari di mana kita boleh, "di mana ada lampu" – di bawahnya kita akan mencari. Dan kami akan cuba mencari perbezaan dari Model Standard di mana ia boleh dilakukan. Sehingga sekarang, tidak ada apa-apa tentang ini, dan Model Standard berfungsi hebat.

Sebagai kesimpulan saya akan berkata: kini kita berada di tahap yang sangat menarik dalam pembangunan fizik zarah asas. Di satu pihak, terdapat keyakinan bahawa Model Standard bukanlah keseluruhan cerita. Masih ada bukti yang jelas dan tegas dari kosmologi yang Model Standard tidak lengkap – pertama sekali perkara gelap: di Universe terdapat zarah-zarah besar yang membentuk benda gelap, jisim mereka adalah kira-kira lima kali lebih besar daripada perkara biasa.

Kini, keadaan fizik zarah asas sekali lagi menjadi sains eksperimen.Pada tahun 1950-an-1960an, bidang fizik ini adalah sains eksperimen, apabila eksperimen dijalankan, hasilnya telah dipahami dan teori dicipta. Walau bagaimanapun, sepanjang hidup saya yang sedar, semuanya adalah sebaliknya: ahli teori membuat ramalan, dan penguji mengesahkannya. Sekarang kita sekali lagi datang ke situasi di mana kita benar-benar terikat dengan percubaan, tidak mengetahui apa yang akan menunjukkan kepada kita. Kami menunggu, kami memegang jari kami dengan salib, tetapi setakat ini tiada apa yang menarik ditunjukkan kepada kami. Selain boson Higgs …

Apa fizik baru akan muncul pada akhirnya, kita juga tidak tahu. Jadi keadaannya menarik, penemuan penting telah dibuat, tetapi tiada siapa yang boleh mengatakan hari ini apa yang ditemui seterusnya. Mungkin ini bagus, ia membuat kita ketegangan dan berfikir, dan pengeksperimen mencari fenomena baru. Saya berharap pencarian ini akan berjaya.

Kuliah video


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: