Хигсов бозон

Хигсов бозон или Хигсова честичка — елементарна честичка под теоретско разгледување уште од 1964 г., а откриена во CERN на 4 јули 2012 г. Неговото откривање се смета за „монументално“ бидејќи со него се потврдува постоењето на Хигсовото поле, кое е од суштинско значење за стандардниот модел и другите теории во честичната физика.
Експерименталното откривање на Хигсовиот бозон е на пат да го образложи постанокот на масата во универзумот. Со хигсовиот бозон би се објаснила и разликата помеѓу безмасниот фотон, кој посредува електромагнетизам, и масните W и Z бозони, кои го посредуваат слабото заемодејство. Ако постои Хигсовиот бозон, тоа значи дека тој е составна и сеприсутна компонента на материјалниот свет.
Големиот хадронски судирач (ГХС) во ЦЕРН, кој е пуштен во полн погон на 20 ноември 2009, се очекува да даде експериментални докази за постоењето или непостоењето на Хигсовиот бозон. Експериментите во Фермилаб исто така продолжуваат со обидите да ја пронајдат оваа честичка, но за жал се соочуваат со потешкотии бидејќи нивниот забрзувач Теватрон не може да произведе многу висока енергија. Речено е дека шансите Фермилаб да го пронајде Хигсовиот бозон изнесуваат помеѓу 50% и 96%, зависно од неговата маса.
1 Потекло
Хигсовиот механизам, кој им дава маса на векторските бозони, за првпат е опишан во 1964 во теориите на Франсоа Англер и Роберт Браут (''boson scalaire''); во октомври истата година е опишан од Питер Хигс, разработувајќи ги идеите на Филип Андерсон; и независно од Џералд Гуралник, К. Р. Хаген и Т. В. Б. Кибл, кои ги пресметале резултатите пролетта 1963 г. Трите труда напишани за ова откритие од Гуралник, Хаген, Кибл, Хигс, Браут и Англер биле прогласени од журналот „Physical Review Letters“ како епохални научни трудови. Иако секој од овие три труда има сличен пристап, придонесите и разликите помеѓу нив се прилично значајни. Овие шест физичари во 2010 г. ја добиле Сакураевата награда за теоретска честична физика за нивните дела. Стивен Вајнберг и Абдус Салам биле првите што го примениле Хигсовиот механизам во нарушувањето на електрослабата симетрија. Електрослабата теорија го предвидува постоењето на неутрална честичка чија маса е приближна на онаа на W и Z бозоните.
2 Теоретски преглед
Хигсовиот бозон е еден составен дел од теоретското Хигсово поле. Во празниот простор Хигсовото поле има амплитуда различна од нула; т.е. ненулта вакуумска очекувана вредност (кондензат). Очекуваното постоење на овој непразен вакуум игра фундаментална улога: тоа ѝ дава маса на секоја елементарна честичка што има маса, вклучувајќи го и самиот Хигсов бозон. Од особена важност е тоа што добивањето на вакуумска очекувана вредност спонтано ја нарушува електрослабата баждарна симетрија, која научниците честопати ја нарекуваат Хигсов механизам. Ова е наједноставниот механизам што може да им даде маса на баждарните бозони, истовремено придржувајќи сè до баждарните теории. Ова поле во суштина е аналогно на базен со мед кој „се фаќа“ за инаку безмасните фундаментални честички како што поминуваат преку полето („базенот“), претворајќи ги во честички со маса и облик, на пример во делови од атомот. Проф Дејвид Џ. Милер од Универзитетскиот колеџ во Лондон има дадено просто објаснување за Хигсовиот бозон ( ) и има добиено награда за тој јасен и луциден опис на оваа сложена теорија.
Во стандардниот модел, Хигосово поле се состои од две неутрални полиња и две полиња под набој. Обете полиња под набој и едното неутрално поле се Голдстонови бозони, кои делуваат како надолжни третополаризациски компоненти на масните W<sup>+</sup>, W<sup>–</sup> и Z бозони. Квантот на преостанатата неутрална компонента соодветствува на масниот Хигсов бозон. Бидејќи Хигсовото поле е скаларно поле, Хигсовиот бозон нема спин, и затоа нема свој момент на импулс (аголна сила). Хигсовиот бозон исто така е античестичка самиот на себе и е CP-парен.
Стандардниот модел не ја предвидува масата на Хигсовиот бозон. Ако таа маса изнесува помеѓу 115 и 180 GeV/c<sup>2</sup>, тогаш стандардниот модел може да важи за сите енергетски скали сè до Планковата скала (10<sup>16</sup> TeV). Многу теоретичари очекуваат да се појави физика вон Стандарниот модел на TeV-скалата, на основа на незадоволителните својства стандарниот модел. Највисоката можна дозволена скала за масата на Хигсовиот бозон (или некој друг механизам на нарушување на електрослабата симетрија) изнесува 1.4 TeV; над оваа точка стандардниот модел станува недоследен без ваков механизам бидејќи во извесни проецеси на распрснување се нарушува унитарноста. Многу модели на суперсиметријата предвидуваат дека најлесниот Хигсов бозон (или неколку такви) ќе има маса само малку над сегашните експериментални граници, околу 120 GeV или помалку.
Суперсиметричните дополнување на стандарндиот модел (т.н. SUSY) предвидуваат постоење на цели семејства на Хигсови бозони, наспроти само една Хигсова честичка според стандардниот модел. Од сите SUSY модели, Минималното суперсиметрично дополнување (MSSM) Хигсовиот механизам дава најмал број на Хигсови бозони: постојат два Хигсови дублета, што води до постоењето на квинтет од скаларни честички: два CP-парни неутрални Хигсови бозони h и H, еден CP-непарен неутраен Хигсов бозон A, и две Хигсови честички H<sup>±</sup> под набој.
3 Експериментална потрага
Досега (јан. 2010) Хигсовиот бозон не е пронајден по експериментален пат, и покрај големиот труд вложен во опитите со забрзувачи во ЦЕРН и Фермилаб. Насобраните податоци од Големиот електрон-позитронски судирач во ЦЕРН дозволуваат пониска експериментална граница за масата на Хигсовиот бозон според стандардниот модел од досегашната со ниво на увереност од 95%. Истиот опит има предизвикано мал број на случувања што можат да се протолкуваат како резултат од присуството на Хигсови бозони со маса малку над споменатата крајна граница од 115 GeV, но бројот на случувањата не недоволен за да може да се дојде до заклучок. Големиот електрон-позитронски судирач е затворен во 2000 г. заради изградбата на неговиот наследник Големиот хадронски судирач (ГХС). Големиот хадронски судирач започнал со вршење на правилни опити при крајот на 2009 г. по поправката на нефункционалните магнети при првичното баждарење, и се очекува да го потврди или отфрли постоењето на Хигсовиот бозон.
Во Фермилаб потрагата по Хигсовиот бозон и понатаму продолжува. Според збирните податоци од
експериментите CDF и DØ во Теватронот се доволни за да го исклучат Хигсовиот бозон од опсегот помеѓу и со увереност од 95%. Научниците продолжуваат да собираат податоци со цел да се покачи долната граница на овој опсег.
Се смета дека е можно индиректно да се процени масата на Хигсовиот бозон. Во стандардниот модел, Хигсот има ред нус-ефекти; за најважен се смета Хиговите јамки резултираат во мали исправки на W и Z масите. За порпиближна проценка на масата на Хигсовиот бозон може да се користат прецизни мерења на електрослаби параметри, како Фермиевата константа и на масите на W/Z бозоните. Досега мерењата покажуваат дека масата на Хигсовиот бозон според стандардниот модел не може да е повисока од со увереност од 95%, и ја проценуваат масата на Хигсовиот бозон на (околу 138 протонски маси). Електрослабите мерења ја исклучуват можноста масата да биде повисока од 186 GeV со 95% увереност. Меѓутоа треба да се има на ум дека овие ограничувања се водат по претпоставката дека стандардниот модел е точен. Хигсовиот бозон може да се пронајде и над 186 GeV ако се јави заедно со други честички помеѓу стандардниот модел и GUT-скалата.
Начелно, Хигсовата честичка не се очекува да е поврзана со темната материја бидејќи (i) Хигсовото поле директно не содејствува со светлосните квантови (т.е. фотоните), додека пак сепак едновремено (ii) создава маса.
4 Алтернативи за нарушувањето на електрослабата симетрија
Предложени се и неколку алтернативи на Хигсовиот механизам. Сите овие алтернативни механизми користат силно-заемодејствителна механика за добивање на вакуумската очекувана вредност коа ја нарушува електрослабата симетрија. Еве делумен список на алтернативните механизми:
* Техниколор е класа на модели што се обидуваат да ја имитираат динамиката на силното заемодејство како начин на нарушување на електрослабата симетрија.
* Вондимензионални безхигсови модели, каде улогата на Хигсово поле ја игра петта компонента на баждарното поле.* Абот-Фархиеви модели на мешовити W и Z векторски бозони.
5 Поврзано
* Список на честички
* Јукавинo заемодејство
* ZZ дибозон
* Квантна тривијалност
6 Наводи
* „“
* ““
* Leon Lederman и Dick Teresi, 1993. ''The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?'' Houghton Mifflin Co. ISBN 0-395-55849-2, мека подвеска ISBN 0-385-31211-3.
* „“
* „“
* „ “
* „ “ - “Што е Хигсовиот бозон и зошто сакаме да го најдеме?“, напишано по барање на британскиот министер за наука Вилијам Волгрејв во 1993.
* „ “
* „ “
* „“
* Martin, Richard, "“
* „ “ од страницата за објаснувања на ЦЕРН.
* „“ БиБиСи Радио 4: „Во нашево време“
6.1 Македонски
** - Вечер
* , „Кликај“
* , А1 телевизија
* , „Ексклузив“
6.2 Англиски
**** - Универзитетски колеџ, Лондон
* од National Geographic
*****