Научный взгляд на устройство вселенной



Pdf көрінісі
бет89/126
Дата20.10.2023
өлшемі8,11 Mb.
#119942
1   ...   85   86   87   88   89   90   91   92   ...   126
Байланысты:
knocking on

точные электрослабые
из-
мерения зависит от массы бозона Хиггса. При этом оказывается, 
что предсказания хорошо согласуются с экспериментом только 
в том случае, если масса бозона Хиггса не слишком велика.
Вторая (более умозрительная) причина считать, что бозон 
Хиггса должен оказаться не слишком тяжелым, имеет отношение 
к теории так называемой суперсимметрии, к которой мы вскоре 
обратимся. Многие физики считают, что суперсимметрия реаль-
но существует в природе, и исходя из этой теории масса бозона 
Хиггса должна быть близка к измеренной массе калибровочного 
Z-бозона, то есть относительно невелика.
Учитывая предположение о том, что бозон Хиггса не слишком 
тяжел, можно задать вопрос: почему мы видели все частицы Стан-
дартной модели, но никогда не видели бозона Хиггса. Все дело 
в его свойствах. Даже если масса частицы невелика, мы ее не уви-
дим до тех пор, пока не сумеем получить на коллайдере и зареги-
стрировать. А наша способность сделать это определяется свой-
ствами этой частицы. В конце концов, частицу, которая вообще 
ни с чем не взаимодействует, никто никогда не увидит, какой бы 
легкой она ни была.
Мы немало знаем о том, как должны выглядеть взаимодействия 
бозона Хиггса, потому что бозон Хиггса и поле Хиггса, хоть это 
и разные вещи, похоже взаимодействуют с другими элементарны-
ми частицами. А о взаимодействиях поля Хиггса с элементарными 
частицами мы можем судить по массам этих частиц. Поскольку 
механизм Хиггса отвечает за массы элементарных частиц, мы мо-
жем сказать, что поле Хиггса сильнее всего взаимодействует с са-
мыми тяжелыми частицами. А поскольку бозон Хиггса возникает 
из поля Хиггса, мы можем сказать то же и о его взаимодействиях. 
Бозон Хиггса, как и поле Хиггса, сильнее взаимодействует с теми 
частицами Стандартной модели, которые обладают наибольшей 
массой.
Более сильное взаимодействие между бозоном Хиггса и тяже-
лыми частицами подразумевает, что для получения бозона Хиггса 
лучше всего было бы начать с тяжелых частиц и их столкновений. 
К несчастью, в коллайдерах мы не можем начать с тяжелых частиц. 


358 МОДЕЛИ, 
ПРЕДСКАЗАНИЯ 
И ОЖИДАЕМЫЕ 
РЕЗУЛЬТАТЫ
Представьте, как в БАКе могли бы возникнуть бозон Хиггса или, 
вообще говоря, любая частица. В столкновениях на БАКе участву-
ют легкие частицы. Судя по небольшой массе, с частицей Хиггса 
они взаимодействуют так слабо, что если бы в рождении бозона 
Хиггса не участвовали никакие другие частицы, то возникал бы он 
слишком редко, чтобы мы могли его обнаружить на любом из на-
ших коллайдеров.
К счастью, квантовая механика предлагает нам и другие вари-
анты. Бозон Хиггса незаметно рождается в коллайдерах с участием 
тяжелых виртуальных частиц. При столкновении легких кварков 
могут родиться тяжелые частицы, которые затем испустят бозон 
Хиггса. К примеру, легкие кварки могут при столкновении поро-
дить виртуальный W-бозон, первый в ряду калибровочных бозо-
нов. Эта виртуальная частица может затем излучить бозон Хиггса 
(схему этого процесса можно увидеть на первой схеме рис. 51). 
Поскольку виртуальный W-бозон намного тяжелее и верхнего, 
и нижнего кварков в составе протона, с бозоном Хиггса он взаимо-
действует соответственно сильнее. При достаточном количестве 
протонных столкновений именно так должен рождаться хиггс.
Другой вариант рождения бозона Хиггса реализуется, когда 
кварки испускают два виртуальных слабых калибровочных бозо-
на, которые затем сталкиваются и порождают один бозон Хиггса, 
как можно видеть на второй схеме рис. 51. В этом случае хиггс 
возникает вместе с двумя струями, которые формируются вокруг 
кварков, разлетающихся после появления калибровочных бозонов. 
И этот, и предыдущий механизм порождают не только бозоны Хигг-
са, но и другие частицы. В первом случае Хиггс рождается в связке 
с калибровочным бозоном. Во втором — а для БАКа он имеет боль-
шее значение — бозон Хиггса возникает вместе со струями.
Но бозоны Хиггса могут рождаться и сами по себе. Это про-
исходит, когда сталкиваются глюоны, порождая истинный кварк 
и его антикварк, которые затем аннигилируют с образованием 
бозона Хиггса, как можно увидеть на третьей схеме. На самом 
деле истинные кварк и антикварк — частицы виртуальные и жи-
вут недолго, но квантовая механика утверждает, что этот процесс 
происходит довольно часто — ведь истинный кварк активно вза-


БОЗОН 
ХИГГСА 359
Антикварк
-
Q
Кварк'
Q'
Слабый 
калибровочный бозон
Слабый 
калибровочный 
бозон
Слабый 
калибровочный 
бозон
Слабый 
калибровочный 
бозон
Хиггс
Хиггс
H
H
Кварк
Q"
Q
W,z
W,z
W,z
W,z
Q'''
Кварк'
Q'
Хиггс
H
Глюон
G
G
Глюон
T-кварк
T
РИС
. 51.
Три модели рождения бозона Хиггса (сверху вниз): излуче-
ние Хиггса, W-Z-синтез, глюон-глюонный синтез
имодействует с хиггсом. Этот механизм возникновения частицы, 
в отличие от двух первых, не оставляет никаких следов, кроме сле-
да непосредственно бозона Хиггса, который затем распадается.


360 МОДЕЛИ, 
ПРЕДСКАЗАНИЯ 
И ОЖИДАЕМЫЕ 
РЕЗУЛЬТАТЫ
Так что, несмотря на то что сам хиггс не обязательно слишком 
уж тяжел — по массе он, скорее всего, сравним со слабыми ка-
либровочными бозонами и уступает истинному кварку, — в его 
рождении, вероятно, должны быть задействованы тяжелые части-
цы, такие как калибровочные бозоны или истинные кварки. По-
этому высокоэнергетические столкновения (к примеру, в БАКе) 
и, разумеется, громадная их частота создают прекрасные условия 
для возникновения бозонов Хиггса.
Но, несмотря на то что хиггсы в БАКе должны возникать с до-
статочно высокой частотой, для их наблюдения и регистрации 
существует еще одно серьезное препятствие — характер распа-
да этих частиц. Бозон Хиггса, подобно многим другим тяжелым 
частицам, нестабилен. Обратите внимание: распадается именно 
частица Хиггса, а никак не поле. Поле Хиггса пронизывает вакуум 
и придает массу элементарным частицам; оно никуда не пропа-
дает. А вот бозон Хиггса — это реальная элементарная частица, 
обнаружимое следствие работы механизма Хиггса. Подобно дру-
гим частицам, она может возникать в коллайдере. И точно так же, 
подобно другим нестабильным частицам, не может жить вечно. 
Поскольку распад хиггса происходит практически мгновенно, 
единственный способ обнаружить эту частицу — это зарегистри-
ровать продукты ее распада.
Бозон Хиггса распадается на частицы, с которыми он способен 
взаимодействовать, а именно — на любые частицы, приобрета-
ющие массу через механизм Хиггса и достаточно легкие, чтобы 
на их образование хватило энергии. Когда при распаде бозона Хигг-
са рождаются частица и соответствующая ей античастица, масса 
каждой из них должна составлять меньше половины его массы, что-
бы не нарушался закон сохранения энергии. При этом чаще всего 
частица Хиггса будет распадаться на самые тяжелые частицы, на ко-
торые сможет при этом условии. Но это, к сожалению, означает, 
что относительно легкий бозон Хиггса лишь изредка распадается 
на те частицы, которые можно без труда обнаружить и распознать.
Если бозон Хиггса, вопреки ожиданиям, окажется действитель-
но тяжелым — вдвое с лишним тяжелее, чем W-бозон (но менее 
чем вдвое тяжелее истинного кварка), то искать его будет от-


БОЗОН 
ХИГГСА 361
носительно несложно. Тяжелый хиггс будет практически всегда 
распадаться на пару W- или Z-бозонов (на рис. 52 показана схема 
распада на W-бозоны). Экспериментаторы знают, как распознать 
получившиеся при этом частицы, так что бозон Хиггса можно бу-
дет обнаружить без большого труда.


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   85   86   87   88   89   90   91   92   ...   126




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет