|
Бозон Хиггса не содержит предвестников новой физики
|
|
|
|
Бозон Хиггса был обнаружен детекторами Большого адронного коллайдера около десяти лет назад. Оказалось, что эту частицу настолько трудно создать и наблюдать, что, несмотря на прошедшее время, ее свойства до сих пор не известны с удовлетворительной точностью. Теперь мы знаем немного больше о его происхождении, благодаря только что опубликованному достижению международной группы физиков-теоретиков при участии Института ядерной физики Польской академии наук.
|
|
|
|
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
|
|
|
|
Научный мир единодушен во мнении, что величайшим открытием, сделанным с помощью Большого адронного коллайдера (БАК), является знаменитый бозон Хиггса. В течение двенадцати лет физики пытались как можно точнее изучить свойства этой очень важной элементарной частицы. Задача чрезвычайно сложная как из-за экспериментальных трудностей, так и из-за многочисленных вычислительных препятствий.
|
|
|
|
К счастью, только что был достигнут значительный прогресс в теоретических исследованиях благодаря группе физиков из Института ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) в Кракове, Ахенского университета (RWTH) в Ахене и Физического института Макса Планка (MPI) в Гархинге. недалеко от Мюнхена.
|
|
|
|
Стандартная модель представляет собой сложную теоретическую структуру, построенную в 1970-х годах для последовательного описания известных в настоящее время элементарных частиц материи (кварков, а также электронов, мюонов, тау и связанной с ними троицы нейтрино), электромагнитных взаимодействий (фотонов) и ядерных взаимодействий (глюонов в случае сильных взаимодействий, W и Z-бозоны в случае слабых взаимодействий).
|
|
|
Венцом создания Стандартной модели стало открытие, благодаря БАК, бозона Хиггса, частицы, которая играет ключевую роль в механизме, ответственном за придание массы другим элементарным частицам. О находке Хиггса было объявлено в середине 2012 года. С тех пор ученые пытаются собрать как можно больше информации об этой фундаментально важной частице.
|
|
|
|
"Для физика одним из наиболее важных параметров, связанных с любой элементарной или ядерной частицей, является поперечное сечение конкретного столкновения. Это связано с тем, что оно дает нам информацию о том, как часто мы можем ожидать появления частицы при столкновениях определенного типа. Мы сосредоточились на теоретическом определении поперечного сечения бозона Хиггса при столкновениях глюон-глюон. Они ответственны за производство около 90% частиц Хиггса, следы присутствия которых были зарегистрированы детекторами ускорителя LHC", - объясняет доктор Рене Понселе (IFJ PAN).
|
|
|
|
Профессор Михал Чакон (RWTH), соавтор статьи, добавляет: "Суть нашей работы заключалась в желании учесть при определении активного сечения образования бозонов Хиггса определенные поправки, которыми из-за их кажущегося небольшого вклада обычно пренебрегают, потому что игнорируют их значительно упрощает расчеты. Это первый раз, когда нам удалось преодолеть математические трудности и определить эти поправки".
|
|
|
|
Важность роли поправок высшего порядка для понимания свойств бозонов Хиггса видна из того факта, что рассчитанные в статье вторичные поправки, которые, по-видимому, невелики, вносят почти пятую часть в величину искомого активного сечения. Это сопоставимо с поправками третьего порядка в 3% (но которые снижают погрешность вычислений всего до 1%).
|
|
|
|
Новизна работы заключалась в учете влияния масс нижних кварков, что привело к небольшому, но заметному сдвигу примерно на 1%. Здесь стоит напомнить, что БАК сталкивается с протонами, то есть частицами, состоящими из двух верхних кварков и одного нижнего. Временное присутствие кварков с большей массой внутри протонов, таких как кварк красоты, является следствием квантовой природы сильных взаимодействий, которые связывают кварки в протоне.
|
|
|
|
"Значения активного сечения образования бозона Хиггса, найденные нашей группой и измеренные при предыдущих столкновениях пучков на БАКЕ, практически одинаковы, естественно, с учетом текущих неточностей в вычислениях и измерениях. Таким образом, похоже, что в механизмах, ответственных за образование бозонов Хиггса, которые мы исследуем, не видно никаких предвестников новой физики — по крайней мере, на данный момент", - резюмирует доктор Понселе работу команды.
|
|
|
|
Широко распространенное среди ученых убеждение в необходимости существования новой физики проистекает из того факта, что на ряд фундаментально важных вопросов невозможно ответить с помощью стандартной модели. Почему элементарные частицы имеют такие массы, какие у них есть? Почему они образуют семейства? Из чего состоит темная материя, следы которой так отчетливо видны в космосе? В чем причина преобладания материи над антивеществом во Вселенной? Стандартная модель также нуждается в расширении, поскольку она совершенно не учитывает гравитацию, которая является таким распространенным взаимодействием.
|
|
|
|
Важно отметить, что последнее достижение физиков-теоретиков из IFJ PAN, RWTH и MPI окончательно не исключает присутствия новой физики в явлениях, сопровождающих рождение бозона Хиггса. Многое может измениться, когда начнут анализироваться данные постепенно начинающегося четвертого цикла исследований на Большом адронном коллайдере.
|
|
|
|
Растущее число наблюдений новых столкновений частиц может позволить сузить погрешности измерений таким образом, что измеренный диапазон допустимых сечений образования Хиггса больше не будет совпадать с тем, который определен теорией. Произойдет это или нет, физики узнают через несколько лет.
|
|
|
|
На данный момент стандартная модель может чувствовать себя в большей безопасности, чем когда—либо, и этот факт постепенно начинает становиться самым удивительным открытием, сделанным с помощью БАК.
|
|
|
|
Источник
|
