Osztályozás | elemi részecske |
---|---|
Fogalmazás | alapvető |
Család | bozon |
Csoport | electroweak Higgs-mező |
Szimbólum | H 0 |
Tömeg |
125,38 ± 0,14 GeV (CMS 2020) 125,35 ± 0,15 GeV (CMS 2019)124,97 ± 0,24 GeV (ATLAS 2018) 125,03+0,26 −0,27( stat )+0,13 −0,15( sys ) GeV c −2 (CMS 2014) 125,36 ± 0,37 (stat) ± 0,18 (sys) GeV c −2 (ATLAS 2014) |
---|---|
Elektromos töltő | 0 C |
Színes töltés | 0 |
Spin | 0 |
Paritás | +1 |
Élettartam | 1,56 × 10 −22 s ( standard modell ) |
Jóslás |
François Englert és Robert Brout Peter Higgs G. Guralnik , Carl Richard Hagen és Thomas Kibble (1964) |
---|---|
Felfedezés |
2012. július 4 (hirdetés) 2013. március 15 (megerősítés) |
A Higgs-bozon is ismert más nevek , mint BEH bozon vagy Isten részecske , egy elemi részecske , amelynek létezését, függetlenül előfeltételezi 1964 által François Englert és Robert Brout képviseletében Peter Higgs és Gerald Guralnik , Carl Richard Hagen és Thomas vödör , segít magyarázza a törés az egységes elektrogyenge kölcsönhatás két kölcsönhatások révén Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble mechanizmust , és így miért néhány részecskék tömege, míg mások nem. Létezését az LHC használatának köszönhetően 2012- ben kísérletileg megerősítették, és oda vezetett, hogy a fizikai Nobel-díjat 2013-ban François Englertnek és Peter Higgsnek ítélték oda .
A bozon Higgs kvantum a Higgs mező , ad egy tömeges nem nulla a nyomtávú bozonok a gyenge kölcsönhatás ( a W és Z bozon ), ruházza rájuk tulajdonságai eltérnek a bozon az elektromágneses kölcsönhatás , a foton .
Ez az elemi részecske képezi a részecskefizika standard modelljének egyik kulcstartóját . Tulajdonságainak ismerete a kutatást a standard modellen túl is irányíthatja, és utat nyithat az új fizika , például a szuperszimmetria vagy a sötét anyag felfedezésének .
A 2012. július 4, A CERN egy konferencián bejelenti, hogy 99,999 97% -os (5 σ ) konfidenciaszinttel azonosított egy új bozont egy 125–126 GeV c −2 nagyságrendű tömegtartományban , amely kompatibilisnek tűnik a Higgs-bozon. A bejelentést követik, a2012. szeptember 17A kiadvány két cikk a lapban Physics Letters B . A2013. március 15, A CERN megerősíti, hogy minden valószínűség szerint valóban a Higgs-bozonról van szó.
A Higgs-bozon szimbóluma H 0 .
A részecskefizika standard modellje csak egyetlen BEH bozon létezését jósolja: „standard Higgs bozonként” emlegetik . A standard modellen túli elméletek közül , például a szuperszimmetria , több bozon létezését teszik lehetővé ilyen típusú tömegek és különböző tulajdonságok .
A keresés a skalár bozon (vagy Higgs-bozon) egyik prioritása a LHC , a utódja részecskegyorsító a LEP a CERN , óta működik2008. szeptember 10. A kutatás állása2011. decembernem enged következtetni a Higgs-bozon létezésére, de egy akkor a CERN-ben szervezett szemináriumon alátámasztják, hogy saját energiájának, ha létezik, valószínűleg az ATLAS kísérletek szerint 116 - 130 GeV és 115 - 127 GeV a CMS adatai szerint . Az LHC vagy a Tevatron ( proton antiproton ütköző ) felfedezhet egy Higgs-bozont, amely a szuperszimmetrikus modell előrejelzésétől függően kielégíti a szokásos modellt, vagy öt Higgs-bozont (három semleges és kettő elektromos töltést hordoz) .
Egy régóta várt hivatalos bejelentésben a CERN a 2012. július 4, megerősítette a média számára, hogy elegendő 5 σ bizonyosság valószínűséggel (ami 99,999 9% -nak felel meg) olyan részecske létezik, amelynek jellemzői összhangban vannak a Higgs-bozontól elvárt jellemzőkkel. Más tulajdonságokat, különösen ennek a részecskének a sebességét és bomlási módjait meg kell mérni a végleges megerősítés érdekében, ami nem kérdőjelezi meg ennek a felfedezésnek nagyon valószínű jellegét. Ez az azonosítás tehát még nem jelenti azt, hogy szükségképpen a Higgs-bozont fedezték fel; valószínűleg még néhány évig tartó kutatásra lesz szükség.
2013. március 14-én a CERN sajtóközleményt adott ki, amelyben jelezte, hogy az újonnan felfedezett bozon "egyre jobban hasonlít " egy Higgs bozonra, bár egyelőre nem biztos, hogy a standard modell Higgs bozonjához tartozik-e .
A 2018. augusztus 28A CERN fizikusai bejelentették, hogy Atlas és CMS detektorok segítségével észlelték a bozon bomlását egy alsó kvark párba, megerősítve ezzel a standard modellt.
A skaláris bozon (Higgs) létezése túl rövid ahhoz, hogy közvetlenül fel lehessen detektálni: csak abban bízhatunk, hogy megfigyelhetjük bomlástermékeit, vagy akár utóbbi bomlástermékeit. Ezenkívül a közönséges részecskéket érintő események hasonló jelet hozhatnak létre, mint amit egy Higgs-bozon generál.
Ezenkívül egy részecske csak egy detektorban figyelhető meg a saját tömegénél nagyobb vagy azzal egyenlő energiákkal . Sőt, visszaélésszerű egy ilyen részecske tömegéről beszélni, mivel a modellben a tömeg már nem a részecskék belső jellemzője, hanem a Higgs-mezővel való kölcsönhatásuk mértéke .
Végül, a bozonok előállításában és kimutatásában egyaránt szerepet játszó jelenségek bonyolultsága inkább a statisztikákhoz , mint a bozon formális 100% -os azonosításához vezet.
Tehát a részecskefizika felfedezésének érvényesítéséhez a hiba valószínűségének 0,00006% -nál kisebbnek kell lennie, ami 5 σ konfidencia intervallumnak felel meg . Egy ilyen statisztikai megközelítés tehát azt jelenti, hogy a kísérletek során nagyon sok ütközés érhető el ezen valószínűségi szinteken.
A közvetlen kimutatására, hogy létezik a Higgs-bozon használatát igényli speciális érzékelők és a részecskegyorsító . A következő kísérletek megkísérelték vagy megpróbálták kimutatni a Higgs-bozont:
a LEP ( elektron - pozitron ütköztető ) ALEPH , DELPHI , L3 és OPAL . A Higgs-bozon kutatásához az LEP viszonylag alacsony energiájával bukik meg. A LEP 1989 és 2000 között működött. a Tevatronnál (proton-antiproton ütköző) DØ és CDF . Az LHC-hez képest hétszer alacsonyabb maximális energiája ellenére a Tevatron kevesebb háttérzajt enged meg az ütközéseknél, és proton-antiproton ütközések alkalmazása esetén specifikus események fordulhatnak elő, amelyek nem fordulnak elő a protonütközőkben / protonokban, például az LHC-ben. A Tevatron 1983 és 2011 között működött. az LHC-nél ( proton-proton ütköző ) ATLAS és CMS . Az LHC 2009 óta működik.Más műszerek, különösen a lineáris elektron-pozitron ütközők, például az International Linear Collider ( ILC ) és a Compact Linear Collider ( CLIC ), amelyek jelenleg vizsgálati szakaszban vannak, megkönnyíthetik a Higgs-bozon azonosítását és a mechanizmusok jobb megértését. magában foglal.
Egy ideig azt hitték, hogy a Higgs-bozont 2000- ben észlelték a LEP- n . A statisztikai szignifikancia azonban túl alacsony volt ahhoz, hogy ezt a demonstrációt biztosítani lehessen. A LEP-n 2002-ben elvégzett tanulmányok lehetővé tették annak megállapítását, hogy 8% a valószínűsége annak, hogy a megfigyelt események a Higgs bevonása nélkül magyarázhatók.
A CMS és ATLAS kísérlet a LHC bejelentette 2011 decemberében megfigyelni koherens túlzásokat körül 124-126 GeV c -2 . Ezek a túllépések, a szórás háromszorosánál kisebbek , azonban nem elég statisztikailag szignifikánsak ahhoz, hogy a Higgs-bozon felfedezését biztonsággal igazolhassák.
A múltbeli és a jelenlegi tapasztalatok azt eredményezik, hogy bizonyos időközönként kizárják a Higgs-bozon ezen nyugvó tömegét :
A Higgs-bozon tiszta energiáját 2012-ben (125,3 ± 0,6) GeV c −2-re becsülik .
A több száz GeV / c²-n felüli elmélet megkérdőjelezi a standard Higgs-bozon létezését.
Számos kérdést tettek fel, többek között a bozonok mechanizmusával és tömegével kapcsolatban . E kérdések megválaszolása érdekében a szimmetria megtörésének fogalmát bevezetik az electroweak elméletbe .
A részecskék viselkedésének törvényszerűségeit szimmetriának nevezzük, és szorosan kapcsolódnak a megőrzés törvényeihez . A szimmetria az invariancia fogalmához is kapcsolódik: ha egy fizikai rendszerben végrehajtott változás semmilyen megfigyelhető hatást nem eredményez, akkor azt mondják, hogy a rendszer változatlan invariáns, szimmetriára utal (lásd Noether tételét ).
Az elektromos gyengeség egyesítése azon az elgondoláson alapul, hogy a bozonok cseréje révén erők keletkeznek. Amikor azt mondjuk, hogy két fermion között erő van (fél-egész spin), az azt is jelenti, hogy bozont cserélnek. Onnan kell megérteni, hogy az alapvető erőket továbbító bozonok hogyan szereznek tömeget. Elektromos gyengeség egyesülés esetén hogyan szereznek tömeget a W ± és Z ° bozonok, ha a foton nem?
A nyomtávszimmetriák megkövetelik, hogy az erőátvivők (a nyomtáv bozonja) tömegtelenek legyenek. A bozonok tömegének problémájának megkerülése érdekében Salamnak , Glashow-nak és Weinbergnek ki kellett találnia egy olyan mechanizmust, amely megtörte a szelvény szimmetriáját, lehetővé téve a W ± és Z ° tömegének megszerzését. Ilyen mechanizmusokat más elméleti szakemberek fejlesztettek ki más kontextusokban: Yoichiro Nambu , Jeffrey Goldstone , Sheldon Glashow, Peter Higgs és Philip Warren Anderson .
Az ötlet egy új, Higgs-mezőnek becézett mező létezésének feltételezése .
Minden más ismert tértől, például az elektromágneses mezőtől eltérően , a Higgs- mező skaláris mező, és vákuumban állandó, nulla értékű. A Higgs-mező abban különbözne a többi mezőtől, hogy alacsony hőmérsékleten (energián) a tér "inkább" tele lenne Higgs-részecskékkel, mintsem. A W ± és Z ° bozonok kölcsönhatásba lépnek ezzel a mezővel (ellentétben a fotonnal), és úgy mozognak az űrben, mintha vastag „melaszban” mozognának. Ily módon hatékony tömeget szereznek. Magas hőmérsékleten (energián) a Higgs-mező kölcsönhatásai olyanok, hogy a tér már nem töltődik be ezzel a Higgs-melasszával (kicsit mintha a hőmérséklet fluidizálta volna a melaszt), a W ± és Z ° elveszíti tömegét és a W ± , Z ° és a foton közötti szimmetria már nem szakad meg, „helyreáll”. Azt mondják, hogy nyilvánvaló. A fermion vagy a bozon tömege ezért csak a részecskék és a Higgs-mező közötti kölcsönhatás megnyilvánulása lenne, amelyben "fürdenek".
A Higgs-mező megőrzi a szimmetriát nagy energiánál, és magyarázza a szimmetria megtörését alacsony energiánál. Felelős az elektromos gyengeségű bozonok tömegéért, de kölcsönhatásba lép fermionokkal (kvarkok és leptonok) is, amelyek így „tömeget” szereznek. A legkönnyebbek a neutrínók , amelyeknek a közelmúltig úgy gondolták, hogy tömegük nulla; majd jön az elektron, amelynek tömege 0,511 MeV c −2 . A skála legtetején található a felső kvark , amely messze a legnehezebb elemi részecske a maga 175 GeV c −2- jével .
Az elemi részecskék (bozonok, fermionok) a Higgs-mező miatt szereznek tömeget, de miért szereznek minden részecskék más-más tömeget, vagy egyáltalán nem nyernek tömeget, mint a foton esetében? Miért különbözik annyira a részecske affinitása a Higgs-mezőtől - az úgynevezett kapcsolás - részecskétől részecskénként, és miért magyarázható a tömegek ezen hierarchiája? Ma még nem tudjuk a választ ezekre a kérdésekre, és önmagában a Higgs-bozon-elmélet nem képes megválaszolni őket.
David J. Miller elemi részecskefizikus összehasonlította a bozont és a Higgs-mechanizmust egy koktéllal, amely egy politikai párt tagjait hozta össze.
A Higgs-mezőt összehasonlítják azokkal a csoportokkal, akik kezdetben egyenletesen töltik meg a nappalit. Amikor egy ismert politikai alak belép a nappaliba, aktivistákat vonz maga köré, ami jelentős "tömeget" ad neki. Ez az összegyűjtés megfelel a Higgs-mechanizmusnak, és ő tulajdonítja a tömeget a részecskéknek.
Nem a bozon adja közvetlenül a részecskéknek a tömeget: a bozon a Higgs-mező és a Higgs-mechanizmus megnyilvánulása, amely a maga részéről tömeget ad a részecskéknek. Ez ebben a metaforában összehasonlítható a következő jelenséggel: egy külső személy a folyosóról terjeszt szóbeszédet az ajtó közelében lévő emberek felé. A fegyveresek tömege ugyanígy alakul ki, és hullámként terjed a teremben, hogy információt közvetítsen: ez a tömeg megfelel a Higgs-koboznak.
A Higgs-bozon megfigyelése tehát nagyon erősen jelezné a Higgs-mechanizmus létét, de létezhet akkor is, ha maga a bozon nem létezik.
A közönséges anyag tömegének csak 1% -át tekinthetjük a Higgs-bozonnak. Valójában a szokásos anyag atomokból áll, amelyek maguk elektronokból és nukleonokból (protonok és neutronok) állnak. Az elektronok tömege azonban nagyon kicsi, és a nukleonok tömegének 99% -a a kvarkok közötti kötési energiából származik (az erős erőből), ők maguk is nagyon könnyűek.
Maga Higgs semmiképpen sem állítja az apaságot, néhányan, mint François Englert , úgy gondolják, hogy helyesebb ezt a részecskét „bozon BEHHGK” -nak nevezni , Brout , Englert , Higgs , Hagen , Guralnik és Kibble esetében , néha a „BEH boson” -nál egyszerűsítve Brout, Englert és Higgs (ez utóbbi név a Rencontres de Moriond a La Thuile-i részecskefizikáról 2012-ben került elfogadásra 47 -ben), vagy "skaláris bozontömeget" vagy "bozon spontán szimmetriatörést (BSS) skalárnak " nevezni.
„ Cikkünk az 1964. augusztus 31-i Physical Review Letters-ben jelent meg , amikor Higgs cikkét csak előterjesztették. És ez idézi a szövegünket. Tehát megvan az elsőbbségünk. Amit Peter Higgs készségesen elismer. Tegyük fel, hogy volt önfelfedezés, független, de egymást kiegészítő módon. A matematikai megközelítés más volt. Nem ismertük egymást. Ezt a részecskét elkezdtük „Higgs boson” -nak nevezni, és nem változtunk, bár a tudósok tudják, hogy ez a „Brout-Englert-Higgs bozon” és a BEH mező. Inkább még másképp hívom, vagyis „skaláris bozon” és „skaláris mező”, amelyek jobban leírják ennek a bozonnak a szerkezetét. "
- François Englert, interjú a La Libre Belgique-ban
A megnevezések „részecske-Isten” és „Isten részecske” két fordításai a beceneve „ Isten Részecske ” . Ez a becenév valójában módosítása által kiszabott kiadója Leon Lederman a könyvben , aki írt „ A szentségit Particle ” (szó szerint „az átkozott részecske”, a francia futás „a rohadt részecske”, vagy „a rohadt részecske”). Ezeket a média által széles körben használt neveket a fizikusok általában elítélik.