[Канал науки Семь Алтарей]Шесть больших последствий открытия частицы Бога: вселенная может погибнуть через миллиарды лет

По Пекинскому времени 22 марта, согласно сообщениям зарубежных СМИ, физики в прошлый четверг (14 марта) объявили о том, что они обнаружили так называемую «частицу Бога», то есть веские доказательства существования бозона Хиггса. Учёные долгое время искали следы этой таинственной частицы, и если её существование в конечном итоге будет подтверждено, это окажет значительное влияние. Это модель траектории частиц, полученная детектором ATLAS Большого адронного коллайдера Европейского центра ядерных исследований. Бозон Хиггса образуется, когда два протона сталкиваются на крайне высокой энергии 14 ТэВ, после чего он быстро распадается на 4 мюона, которые являются крупными электронами, не поглощаемыми детекторным оборудованием. Стандартная модель является базовой теорией физики частиц, однако все предсказанные ею частицы уже были успешно найдены, кроме бозона Хиггса, который так и не был обнаружен. Используя оборудование Большого адронного коллайдера (LHC), расположенного на границе Франции и Швейцарии, учёные заставляют протоны сталкиваться по круговой траектории длиной 27 километров со скоростью света для проведения соответствующих экспериментов. Физики заявили, что после подтверждения бозона Хиггса можно ожидать как минимум шесть значительных последствий: 1. Раскрытие тайны происхождения массы Откуда берётся масса объектов? Этот вопрос долгое время оставался загадкой для физиков, и именно считается, что бозон Хиггса связан с происхождением массы всех объектов во Вселенной. Бозон Хиггса связан с одним полем, называемым хиггсовским полем, которое теоретически пронизывает всю Вселенную. Когда другие частицы во Вселенной движутся через это поле, они получают свойства массы. Это похоже на то, как если бы все плавали в бассейне и намокали — здесь намокание аналогично получению объектом массы. Физик из Гарвардского университета (США) Жоао Гимараеш да Коста сказал: «Механизм бозона Хиггса позволяет нам понять, каким образом частицы приобретают массу». Гимараеш да Коста был организатором Стандартной модели детектора ATLAS Большого адронного коллайдера (LHC), когда в прошлом году Европейский центр ядерных исследований объявил о предполагаемом открытии бозона Хиггса. Он сказал: «Если бы не существовало этого механизма, все объекты потеряли бы массу». Подтверждение того, что обнаруженная частица действительно является бозоном Хиггса, докажет, что наше представление о том, как частицы приобретают массу, верно.Профессор физики Калифорнийского технологического института Мария Спиропулу (Maria Spiropulu) заявила: «Это открытие с квантовой точки зрения подтверждает наше понимание источника массы, и именно для этого мы изначально построили Большой адронный коллайдер. Это выдающееся достижение.»

Впоследствии это откроет возможность решения более глубинного вопроса: почему эти частицы обладают именно такой массой? Как было определено это значение? По этому поводу физик Гарвардского университета Лиза Рэндалл (Lisa Randall) отметила: «Это гораздо более масштабная проблема. Подтверждение того, что это действительно частица Хиггса, — лишь первый шаг в этом процессе, после чего мы сможем двигаться дальше, и эти два аспекта взаимосвязаны.»

2. Совершенствование Стандартной модели

Стандартная модель является краеугольным камнем современной физики элементарных частиц, она описывает все частицы во всей вселенной. Все частицы, предсказанные Стандартной моделью, уже были обнаружены, за исключением частицы Хиггса. Когда в прошлом году были объявлены предварительные результаты, ученый из эксперимента ATLAS в Европейском центре ядерных исследований Йонас Страндберг (Jonas Strandberg) сказал: «Это недостающий элемент Стандартной модели, и если это открытие будет окончательно подтверждено, оно окончательно докажет, что наши текущие представления верны.»

На данный момент обнаруженная ученым предполагаемая частица Хиггса, по-видимому, соответствует свойствам, предсказанным Стандартной моделью. Но даже при этом сама Стандартная модель не является полной: например, она не включает гравитацию и не учитывает темную материю, которая, как предполагается, составляет около 98% всей материи во вселенной.

Физик Центра CMS Фермилаб Пэтти Макбрайд (Patty McBride) в прошлый четверг заявила: «Даже если доказательства явно подтверждают, что вновь открытая частица действительно является бозоном Хиггса, предсказанным Стандартной моделью, наше понимание вселенной все еще остается неполным.» Он сказал: «Мы все еще не можем понять, почему гравитация настолько слаба, и нам нужно столкнуться с огромной проблемой существования темной материи. Тем не менее, для этой классической теории, существующей уже 48 лет, первый шаг к совершенствованию по-прежнему остается крайне радостным событием.»

3. Электрослабое взаимодействие

Подтверждение частицы Хиггса также окажет значительное влияние на построение электрослабого взаимодействия.Это действие представляет собой единое описание электромагнитного взаимодействия и слабого взаимодействия, которые являются одними из основных типов сил природы. Электромагнитное взаимодействие описывает взаимодействие между заряженными частицами, тогда как слабое взаимодействие описывает процессы радиоактивного распада.

Все силы в природе связаны с определенными частицами. Например, частица, связанная с электромагнитной силой, — это фотон, это особая частица с нулевой массой. Слабое взаимодействие связано с бозонами W и Z, которые обладают очень большой массой. Источник массы всех этих частиц считают результатом действия бозона Хиггса.

Сландерберг из Европейского центра ядерных исследований заявил: «Если ввести концепцию поля Хиггса, то бозоны W и Z будут смешиваться с этим полем, и в этом процессе они получают массу». Он сказал: «Это объясняет, почему бозоны W и Z имеют массу, и объединяет электромагнитное и слабое взаимодействия в единую электрослабую силу».

4. Теория суперсимметрии

Открытие частицы Хиггса также повлияет на теорию суперсимметрии. Эта теория предполагает, что каждая известная частица имеет «суперпартнера», который обладает слегка отличающимися свойствами. Теория суперсимметрии весьма привлекательна, поскольку она может объединить другие фундаментальные силы природы и даже помочь раскрыть загадку состава темной материи. Однако на сегодняшний день перспективы этой теории остаются мрачными: ученые нашли только частицы, свойства которых очень похожи на предсказанные стандартной моделью Хиггсовские частицы, но не удалось обнаружить какие-либо признаки существования суперсимметричных частиц.

5. Большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер (LHC) — крупнейший в мире ускоритель частиц. Это устройство стоимостью около 10 миллиардов долларов находится в ведении Европейского центра ядерных исследований (CERN) и предназначено для создания на Земле мощнейшего ускорителя частиц. Одной из главных целей этого устройства стало обнаружение бозона Хиггса. Новые результаты, о которых было объявлено, являются сильным подтверждением предыдущих данных LHC и лучшим доказательством выдающихся достижений физиков, которые усердно трудились здесь для достижения этой цели.В прошлом году Спиропулу заявил в одном из своих заявлений: «Это открытие на квантовом уровне подтверждает наше понимание источников массы, что и было целью строительства нами Большого адронного коллайдера. Это достижение не имеет себе равных». Он сказал: «Учёные ждали целое поколение ради этого момента. Физики-частицы, инженеры и технические специалисты из университетов и исследовательских институтов со всего мира посвятили десятилетия своей работы для достижения сегодняшнего результата. Теперь пришло время сделать паузу, оглянуться и осмыслить значение этого открытия, а затем продолжить масштабный сбор и анализ данных».

Бозон Хиггса впервые был предложен в 1964 году британским физиком Питером Хиггсом и его коллегами. Вторая часть этого названия посвящена выдающемуся покойному индийскому физику и математику Бозе, который вместе с Эйнштейном дал определение бозонам. Бозоны — это класс элементарных частиц, включающий в основном глюоны и гравитоны. Они отвечают за передачу взаимодействий между фермионами, такими как кварки, электроны и нейтрино. Фермионы — это другой тип элементарных частиц во Вселенной.

6. Судьба Вселенной

Подтверждение существования бозона Хиггса откроет для учёных двери для проведения ранее невозможных вычислений. Результаты некоторых таких вычислений касаются судьбы Вселенной. Существует мнение, что Вселенная может быть разрушена в течение нескольких миллиардов лет.

При проведении таких расчётов масса самого бозона Хиггса является крайне важным параметром, так как она предсказывает будущее судьбы пространства-времени. Текущие измерения показывают, что масса бозона Хиггса составляет примерно 126 масс протона, что почти достигает критической точки, которая может привести к разрушению Вселенной в течение нескольких миллиардов лет.

Джозеф Ликкен (Joseph Lykken), физик из Национальной лаборатории Ферми в США, заявил: «Результаты вычислений показывают, что через несколько миллиардов лет Вселенная может столкнуться с катастрофой». Он сказал: «Это, возможно, означает, что вселенная, в которой мы живем, обладает внутренней нестабильностью, и через несколько миллиардов лет все это может разрушиться».