Știința

Există o mulțime de hype în lumea științei. Cercetători din Organizația Europeană pentru Cercetări Nucleare   (CERN) a anunțat că există o particulă a bosonului Higgs. Este numită „particula lui Dumnezeu”, care există între un set de particule foarte specifice și care servește un fel de lipici invizibil care leagă universul   împreună.

Bosonul Higgs, care până acum a fost o particulă teoretică, este cheia pentru a înțelege de ce materia are masă, care atunci când este combinată cu gravitația dă obiectelor greutate.

Pentru oameni departe de fizică, euforia generală despre bosonul Higgs este cel mai probabil de neînțeles. Ce înseamnă toate acestea?

Ce este bosonul Higgs?

Un boson este un tip de particule subatomice care dă putere. Bosonul Higgs a fost postulat în 1964 de un profesor de engleză Peter Higgscare a sugerat existența lui va explica de ce materia, de la atomi la planete, are masă, mai degrabă decât să zboare în jurul universului   cum ar fi fotoni de lumină.

De ce l-au căutat atâta timp?

Asumarea a ceva în teorie și dovedirea existenței sale nu este o sarcină ușoară. Dacă bosonul Higgs există cu adevărat, acesta există doar într-o secundă. Conform teoriei, este posibilă detectarea unei cantități suficiente dacă se ciocnesc fascicule de protoni la o energie suficient de mare. Înainte de Marele Colizor de Hadron, care a fost construit acum câțiva ani, acest nivel de energie nu a putut fi atins.

Au găsit într-adevăr oamenii de știință bosonul Higgs?

Acest lucru nu este în întregime adevărat, cel puțin nu la nivelul pe care ar dori să-l atingă. Putem spune cu încredere că ei a găsit o particulă subatomică nouă care cântărea aproximativ 130 de protoni, iar rezultatele preliminare se încadrează într-adevăr în ceea ce numim bosonul Higgs. Există o presupunere că acesta poate fi bosonul Higgs, sau unul dintre mai multe - în teorie există mai multe.

De ce este importantă această descoperire?

Au venit cu fizicienii care încearcă să înțeleagă universul bază teoretică, care combină diversele forțe ale naturii. Se numește Modelul Standard. Problema a fost însă că acest model nu a explicat de ce materia are masă fără a implica bosonul Higgs.

Adică, descoperirea acestei particule subatomice este un suport puternic pentru Modelul Standard, dovada fizică a câmpului invizibil al Universului, care a dat masa întregii materii după Big Bang, forțând particulele să se unească în stele, planete și orice altceva. Dacă bosonul nu ar fi găsit, atunci întregul sistem de viziuni ale fizicii teoretice se va destrăma ”. Nu există boson Higgs - nu există nicio masă, nu există nicio masă - nu există tu, nu există eu, nu există nimic altceva".

Multă vreme rămânând evaziv, așa-numita particulă a lui Dumnezeu este în sfârșit prinsă. Bosonul Higgs a fost o piesă de puzzle lipsă numită Modelul Standard. Oamenii de știință cred că acest boson este responsabil pentru masa particulelor. În special, Colizorul de Hadroni Mare a fost construit special pentru a căuta bosonul Higgs, care a făcut față sarcinii sale principale. Dar noi puzzle-uri au apărut înaintea oamenilor de știință: există într-adevăr un boson Higgs? În plus, descoperirea acestui boson nu a explicat în niciun fel existența paradoxală a materiei întunecate, care a ocupat fizicieni din ce în ce mai recent.

Fizicienii au văzut în sfârșit cum o particulă elementară, descoperită prima oară la Colizorul de Hadroni Mari, se descompune în două quark-uri minunate, particule exotice și de scurtă durată, care apar adesea după o coliziune de particule cu energie mare. Am putut observa acest proces evaziv abia acum, pentru prima dată în șase ani de la descoperirea bosonului Higgs. Oamenii de știință ale celor două experimente LHC, ATLAS și CMS, și-au raportat rezultatele simultan la un seminar organizat la CERN pe 28 august.

La sfârșitul anului 2012, cea mai respectată revistă din lumea științifică, Science, a publicat un rating care indica cele mai importante descoperiri ale acestui an. Apoi, în prima poziție a fost așa-numita „particulă a lui Dumnezeu”, care în lumea științifică se numește bosonul Hoggs.

Nu întâmplător bosonul a primit cel de-al doilea nume. Cert este că teoria modernă   spune despre particule elementare că, din cauza acestui element ciudat, toate substanțele din Univers au masă, adică există fizic.

Ideea existenței unei astfel de particule mi-a venit în minte inițial de fizicianul englez Peter Higgs acum aproximativ 40 de ani. Până în prezent, bosonul Higgs nu s-a vorbit decât despre teorie, dar în 2012 a fost creat Colibrul de Hadroni Mari. Apoi, prin eforturile oamenilor de știință, s-a făcut o descoperire, ca urmare a experimentelor, aceștia au putut repara același boson Higgs. O astfel de descoperire completează acel model în fizică care descrie interacțiunea tuturor particulelor din Univers, aceste particule în sine. Doar o particulă numită „graviton” este exclusă, existența sa este asumată, dar încă nu a fost găsită. Descoperirea „particulei lui Dumnezeu” a fost cea mai recentă dovadă a fidelității modelului standard fizic.

God Particle și Hadron Collider

Construcția colizorului Hadron a avut o importanță deosebită în cercetarea și căutarea bosonului Higgs. S-au cheltuit aproximativ 5 miliarde de dolari pentru a-l prinde. Experimentele s-ar putea să nu se fi încheiat cu succes, „particula lui Dumnezeu” nu ar fi fost găsită, atunci oamenii de știință s-ar fi confruntat cu problema dificilă de a găsi alte modele care să descrie lumea. Cu toate acestea, teoria Higgs a fost confirmată. Pe el se află un câmp care constă în întregime din bosonii Higgs. Trece prin întregul Univers, toată substanța conținută în el. Un câmp de bosoni trebuia să existe încă de la început, chiar înainte de apariția lumii. De aceea, toate particulele au căpătat masă.

Oamenii de știință din aproximativ 100 de țări din întreaga lume au luat parte la experimentele desfășurate în colizorul de Hadron (LHC). Timp de câțiva ani, experimentele nu s-au oprit. Conform teoriei Higgs, imediat ce apare un boson, acesta se descompune imediat în particule dintr-un plan diferit. Dacă le rezolvați, atunci puteți face o analiză a originii lor, aflați unde și cum se întâmplă acest lucru.

Esența LHC este că accelerează particulele elementare și dobândesc o viteză care se apropie de valori. Astfel particulele se ciocnesc. Doctrina este monitorizată pentru acest proces. Ei fac o analiză a felului de radiații care apare după o coliziune de particule.

Lucrările au fost efectuate și până la jumătatea anului 2012, oamenii de știință au atins o intensitate atât de mare a fluxului de particule, încât frecvența de coliziune a crescut nivel înalt, care a permis calculele să formeze un boson în fiecare oră. Aceasta este supusă existenței sale reale. În urma experimentelor, oamenii de știință au reușit să prindă bosonul, masa sa a fost măsurată. S-a ridicat la 125 gigaelectron-volți.

Discuții în jurul „particulei lui Dumnezeu”

Un om de știință din Marea Britanie, Stephen Hawking, este cunoscut în întreaga lume, a făcut o declarație despre experimentele din bosonul Higgs. În opinia sa, efectuarea de experimente suplimentare cu energie mare este foarte periculos pentru întregul Univers. El a emis ipoteza că, din cauza „particulei lui Dumnezeu”, bazele universului: spațiul și timpul, pot dispărea.

Cercetătorul consideră că bosonul Higgs are un potențial ascuns. Dacă această particulă intră într-o stare în care va fi instabilă, vidul se poate descompune. El a făcut o notă în acest sens la începutul cărții, unde au fost publicate prelegeri, care au fost pregătite de cei mai de seamă fizicieni.

Hawking a propus un concept conform căruia vidul poate fi de două tipuri, în același timp, fiecare dintre tipuri are propriul său nivel de energie. Prin presupunere, toate ale noastre sunt situate într-un vid fals. Cu toate acestea, există un alt tip de vid, acest vid este adevărat, în care indicele de energie este mai mic.

În timpul experimentelor, „particula instabilă a lui Dumnezeu” poate deveni un vehicul între adevăratul și falsul vid. Dacă o astfel de pauză are loc în câmp, atunci Universul va trece instantaneu într-o altă stare fizică.

Cu toate acestea, acum nu există o cauză serioasă de îngrijorare. Pentru a aduce o particulă într-o stare de instabilitate, ai nevoie de multă energie. Pentru a crea o astfel de accelerație, trebuie să proiectați un colizor, ale cărui dimensiuni vor fi comparabile cu planeta.

De fapt, „particula lui Dumnezeu” este o cantitate a câmpului Higgs. Această particulă are o valoare de vid zero. Această circumstanță este cea care dovedește că atunci când un boson este creat într-o stare instabilă, poate duce la distrugerea echilibrului format în timpul formării Universului.

O particulă elementară a bosonului Higgs, numită astfel după fizicianul britanic Peter Higgs, care teoretic a prezis existența sa în 1964, este poate una dintre cele mai misterioase și surprinzătoare din fizica modernă. Ea a fost cea care a provocat multe controverse și discuții în comunitatea științifică și cineva chiar și-a însușit un epitet atât de neobișnuit ca „o particulă a lui Dumnezeu”. Există sceptici care susțin că bosonul Higgs nu există și toate acestea nu sunt altceva decât o farsă științifică. Care este bosonul Higgs, de fapt, cum a fost descoperit, care sunt proprietățile sale, citiți mai multe despre acest aspect.

Care este bosonul Higgs: explicație de limbaj simplu

Pentru a explica esența bosonului Higgs, este cât se poate de simplu și clar, nu numai pentru un fizician învățat, ci și pentru o persoană obișnuită interesată de știință, este necesar să recurgem la limbajul alegoriilor și comparațiilor. Deși, desigur, toate alegoriile și comparațiile care se referă la fizica particulelor nu pot fi adevărate și exacte. Același câmp electromagnetic sau undă cuantică nu este nici câmp, nici undă în sensul în care oamenii îi reprezintă de obicei, la fel cum atomii înșiși nu sunt în niciun caz copii reduse Sistem solarîn care, la fel ca planetele din jur, se învârtesc electroni nucleu atomic. Și deși alegoriile și comparațiile încă nu transmit esența acelor lucruri care se întâmplă în fizica cuantică, ele fac totuși posibil să ne apropiem de înțelegerea acestor lucruri.

Un fapt interesant: în 1993, ministrul Educației din Marea Britanie a anunțat chiar o competiție pentru cea mai simplă explicație despre ce este bosonul Higgs. Câștigătorul a fost o explicație legată de petrecere.

Așadar, imaginați-vă o petrecere aglomerată, aici un fel de celebritate intră în cameră (de exemplu, o „stea rock”) și oaspeții încep imediat să se deplaseze în spatele ei, toată lumea vrea să discute cu „steaua”, în timp ce „steaua rock” se mișcă mai lent decât toți ceilalți invitați. Apoi, oamenii se adună în grupuri separate, în care discută unele știri sau bârfe legate de această stea rock, în timp ce oamenii se mută aleatoriu de la grup la grup. Drept urmare, se pare că oamenii discută despre bârfe, care înconjoară îndeaproape celebritatea, dar fără participarea ei directă. Deci, toți oamenii care participă la petrecere sunt câmpul Higgs, grupurile de oameni sunt indignarea câmpului, iar celebritatea, din cauza căreia s-au format, este bosonul Higgs.

Dacă această alegorie nu vă este în totalitate clară, atunci este încă una: imaginați-vă o masă netedă de biliard pe care există bile - particule elementare. Aceste bile se împrăștie cu ușurință în direcții diferite și se mișcă peste tot, fără obstacole. Acum imaginați-vă că masa de biliard este acoperită cu o anumită masă lipicioasă, ceea ce face dificilă mișcarea bilelor pe ea. Această masă lipicioasă este câmpul Higgs, masa acestui câmp este egală cu masa particulelor care îi aderă. Bosonul Higgs este particula care corespunde acestui câmp lipicios. Adică, dacă lovești tare pe masa de biliard cu această masă lipicioasă, atunci o cantitate mică din această masă lipicioasă formează temporar o bulă, care în curând se răspândește în jurul mesei și, deci, această bulă este bosonul Higgs.

Descoperirea bosonului Higgs

Așa cum am scris la început, bosonul Higgs a fost descoperit pentru prima dată teoretic de fizicianul britanic Peter Higgs, care a sugerat că în procesul mecanismului de încălcare spontană a simetriei electroweak, o particulă elementară standard a fost implicată într-un model standard al fizicii particulelor. S-a întâmplat în 1964, imediat după aceea, căutarea existenței reale a acestui lucru particule elementareAdevărat, mulți ani au suferit un fiasco. Din această cauză, unii oameni de știință au început în glumă să numească bosonul Higgs - „particula blestemată” sau „particula lui Dumnezeu”.

Și tot așa, pentru a confirma sau a nega existența acestei „particule misterioase” a lui Dumnezeu în 2012 a fost construită, care este un accelerator uriaș de particule elementare. Experimentele asupra acestuia au confirmat experimental existența bosonului Higgs, iar descoperitorul particulei, Peter Higgs, în 2013 a devenit laureat premiul Nobel   fizică pentru această descoperire.

Revenind la analogia noastră despre o masă de biliard, pentru a vedea bosonul Higgs, fizicienii aveau nevoie să lovească cu forța cuvenită asupra acestei mase lipicioase care se află pe masă pentru a obține o bulă din ea, de fapt bosonul Higgs. Așadar, acceleratoarele de particule din ultimul secol XX nu au fost atât de puternice încât să ofere o „lovitură pe masă” a puterii corespunzătoare, iar numai Colizorul Mare de Hadron, creat la începutul secolului nostru XXI, a numit fizicienii „au lovit masa” cu forța corespunzătoare și pentru a vedea de prima dată „bucata lui Dumnezeu”.

Utilizarea bosonului Higgs

Pentru o persoană care este departe de știință în general și de fizică în special, căutarea unei particule elementare poate părea inutilă, dar descoperirea bosonului Higgs are o importanță considerabilă pentru știință. În primul rând, cunoașterea noastră a bosonului va ajuta cu calculele care sunt efectuate în fizica teoretică atunci când studiem structura Universului.

În special, fizicienii au sugerat ca bosonii Higgs să umple întregul spațiu care ne înconjoară. Când interacționează cu alte particule elementare, bosonii le spun masa lor și dacă este posibil să se calculeze masa anumitor particule elementare, atunci se poate calcula și masa bosonului Higgs. Și dacă avem masa bosonului Higgs, atunci cu ajutorul acesteia mergând în direcția opusă, putem calcula și masele altor particule elementare.

Desigur, toate acestea sunt raționamente foarte amatoare din punct de vedere al fizicii academice, dar revista noastră este și știință populară pentru a vorbi despre chestiuni științifice serioase într-un limbaj simplu și inteligibil.

Pericol de bosonul Higgs

Definițiile temerilor despre bosonul Higgs și experimentele cu acesta au fost exprimate de omul de știință britanic Stephen Hawking. Potrivit Hawking, bosonul Higgs este o particulă elementară extrem de instabilă și, ca urmare a unui anumit set de circumstanțe, poate duce la descompunerea vidului și la dispariția completă a conceptelor precum spațiul și timpul. Dar nu vă faceți griji, pentru ca așa ceva să se întâmple, trebuie să construiți un colizor de dimensiunea întregii noastre planete.

Proprietățile bosonului Higgs

• Bosonul Higgs, precum și alte particule elementare sunt afectate.
• Bosonul Higgs are un spin zero (moment unghiular al particulelor elementare).
• Bosonul Higgs are o încărcare electrică și de culoare.
• Există 4 canale principale ale nașterii bosonului Higgs: după confluența a 2 gluoni (principal), fuziunea perechilor WW- sau ZZ, însoțită de bosonul W sau Z, împreună cu quarkurile de sus.
• Bosonul Higgs se descompune într-o pereche b-quark-b-antiquark, în 2 fotoni, în două perechi electron-pozitron și / sau muon-antimuon, sau într-o pereche electron-pozitron și / sau muon-antimuon cu o pereche neutrino.

Cuvânt pentru sceptici

Desigur, există sceptici care susțin că nu există un boson Higgs în realitate și că toate acestea au fost inventate de oamenii de știință cu un scop egoist - să utilizeze banii contribuabililor care sunt ca și cum cercetare științifică   particule elementare, dar de fapt în buzunarele anumitor persoane.

Boson Higgs, videoclip

Și în final, un video documentar interesant despre bosonul Higgs.

Dar reprezentanții religioși îndeamnă în mod activ jurnaliștii și oamenii de știință să nu numească bosonul Higgs o particulă a lui Dumnezeu. O astfel de poreclă pentru o particulă elementară deschisă implică faptul că misterul creației va fi revelat mai devreme sau mai târziu de lumea științifică și va fi disponibil pentru mintea umană. Și aceasta, potrivit multor religii, este o eroare absolută. Particulelor elementare nu li se pot atribui calități divine, altfel se pare că știința încearcă să creeze artificial procesul de creație în laborator sau să îl studieze pe Dumnezeu prin mijloace moderne.

Opozitori ai folosirii termenului „particula lui Dumnezeu” au devenit și ei filozofi. Înălțarea mistică a științelor naturale seamănă cu explicații antice ale misterului creației, pe care teologii și filozofii antici au încercat să le rezolve. În plus, numind particula elementară o particulă a lui Dumnezeu, o promisiune este făcută pentru a dezvălui tot cosmosul, pentru a descoperi ultima particulă, după care să descoperim mai multe. Astfel, rezultatele cercetărilor filosofice și teologice nu pot fi înlocuite cu studii de fizică modernă.

Numele „particula lui Dumnezeu” nu este altceva decât o tactică de marketing apărută după ce Leon Reederman a publicat articolul său pe bosonul Higgs. Cartea „Particul lui Dumnezeu” și a fost publicată în 1993. De atunci, acest boson "" Higgs și-a câștigat popularitatea. Cu toate acestea, fizicienii tratează în mod ironic acest termen pretențios și încearcă să nu-l folosească.

Cu toate acestea, descoperirea bosonului Higgs este extrem de importantă pentru stiinta moderna. Anume, conform modelului standard al structurii Universului, oferă științei cheia dezlegării mecanismului de formare a masei. Fizicienii cred, de asemenea, că Big bang, care a avut loc în urmă cu 13,7 miliarde de ani și a pus bazele universului, nu ar putea face fără participarea acestui boson. Este forța care dă naștere apariției acestei particule elementare care a dat naștere la formarea de galaxii, stele și planete din original. Din toate acestea rezultă că, după ce au descoperit bosonul Higgs, oamenii de știință au abordat cheia apariției Universului și au primit confirmarea modelului structurii sale.

În plus, numele ironic „particula lui Dumnezeu” vorbește, de asemenea, despre dificultățile pe care oamenii de știință le-au întâmpinat în dovedirea existenței unei particule ipotetice, prezisă prima dată de Higgs în 1964. Pentru a desfășura un experiment științific pentru obținerea unei particule a lui Dumnezeu, a fost construit Marele Colector Andron, în valoare de peste 8 miliarde de dolari. Apoi, câțiva ani nu au putut să-și stabilească munca. Și acum rămâne de dovedit că particula descoperită este cea care lipsește din Modelul Standard al Universului.