Бозон Хиггса. От научной идеи до открытия «частицы Бога»

Бэгготт Джим

Асимптотическая свобода. Свойство сильного цветового взаимодействия между кварками. Цветовое взаимодействие становится слабее, чем ближе кварки друг к другу, и в асимптотическом пределе нулевого разделения ведут себя так, как если бы были совершенно свободны (см. рис. 17(b).

Атом. От греческого atomos, неделимый. Первоначально слово обозначало мельчайшую составную часть материи, а в наше время это фундаментальный компонент химических элементов. Так, вода состоит из молекул H2O, которые, в свою очередь, состоят из двух атомов водорода и одного

атома кислорода. Сам атом состоит из протонов и нейтронов, которые связаны вместе и образуют центральное ядро, и электронов, которые образуют характерные волновые функции, вращаясь вокруг ядра по атомным орбиталям.

БАК. Большой адронный коллайдер, самый высокоэнергетический в мире ускоритель частиц, способный производить протон-протонные столкновения с энергией 14 ТэВ. БАК расположен в ЦЕРНе в кольцевом туннеле длиной 27 км, в 175 метрах под землей у швейцарско-французской границы у Женевы. С помощью БАКа, работавшего с энергией протон-протонных столкновений 7 ТэВ и затем 8 ТэВ, были получены данные, позволившие в июле 2012 года заявить об открытии бозона, соответствующего бозону Хиггса.

Барион. От греческого barys, тяжелый. Барионы входят в класс адронов. Это более тяжелые частицы, которые испытывают сильное ядерное взаимодействие, к ним относятся протоны и нейтроны. Барионы состоят из триплетов кварков.

Бета-радиоактивность/бета-распад. Впервые открыта французским физиком Анри Беккерелем в 1896 году. Название изобрел Эрнест Резерфорд в 1899 году. Один из видов распада слабого взаимодействия, при этом нижний кварк в нейтроне преобразуется в верхний кварк, превращая нейтрон в протон с испусканием W^—– частицы. W^—– частица распадается на высокоскоростной электрон (бета-частицу) и электронное антинейтрино.

Бета-частица. Высокоскоростной электрон, испускаемый ядром атома при бета-распаде. См. Бета-радиоактивность.

Бозон Намбу – Голдстоуна. Безмассовая частица со нулевым спином, образуется вследствие спонтанного нарушения симметрии. Концепция открыта Ёитиро Намбу в 1960 году и разработана Джеффри Голдстоуном в 1961. В механизме Хиггса бозоны Намбу – Голдстоуна придают третью степень свободы квантовым частицам, которые в ином случае не имели бы массы (см. рис. 14, с. 100).

Бозон Хиггса. Назван в честь британского физика Питера Хиггса. У любого поля Хиггса есть характерные частицы, которые называются бозонами Хиггса. Обычно бозоном Хиггса называют частицу поля Хиггса электрослабой теории, впервые использованной в 1967–1968 годах Стивеном Вайнбергом и Абдусом Саламом, чтобы объяснить нарушение электрослабой симметрии. 4 июля 2012 года на Большом адронном коллайдере была обнаружена частица, очень напоминающая электрослабый бозон Хиггса. Это нейтральная частица со спином 0 и массой 125 ГэВ.

Бозон. Назван в честь индийского физика Шатьендраната Бозе. У бозонов целочисленные спины (1, 2, …), вследствие этого на них не распространяется принцип Паули. Бозоны участвуют в передаче взаимодействий между материальными частицами,

к ним относятся фотоны (электромагнитное взаимодействие), W– и Z-частицы (слабое взаимодействие) и глюоны (цветовое взаимодействие). Частицы с нулевым спином также называются бозонами, но они не участвуют в переносе взаимодействий. К ним относятся пионы, куперовские пары (которые также могут иметь спин 1) и бозон Хиггса. Гравитон, гипотетическая частица гравитационного поля, считается бозоном со спином 2.

Большой взрыв. Этим термином называется космический «взрыв» пространства-времени и материи в первые мгновения после возникновения Вселенной около 13,7 миллиарда лет назад. Название придумал независимый физик Фред Хойл в качестве пренебрежительного прозвища, однако впоследствии были получены убедительные свидетельства в пользу происхождения Вселенной в результате Большого взрыва. Эти свидетельства включают обнаружение космического реликтового излучения – остывшего когда-то горячего излучения, которое, согласно современным данным, отделилось от материи примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва.

БЭП. Большой электрон-позитронный коллайдер, предшественник Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе.

Волновая функция. Математическое описание частиц материи, таких как электроны, в качестве «материальных волн» дает уравнения, характерные для волнового движения. Такие волновые уравнения имеют волновую функцию, амплитуда и фаза которой изменяются во времени и пространстве. Волновые функции электрона в атоме водорода образуют характерные трехмерные паттерны вокруг ядра, которые называются орбиталями. Волновая механика – волновое выражение квантовой механики – была впервые объяснена Эрвином Шредингером в 1926 году.

Восьмеричный путь. Схема классификации известных на 1960 год частиц в виде двух октетов, разработанная независимо Марри Гелл-Манном и Ювалем Неэманом. В ее основе лежит глобальная симметрия SU(3) и классификация частиц в соответствии с их электрическим зарядом или общим изоспином по отношению к странности (см. рис. 10, с. 82). В конечном итоге восьмеричный путь получил объяснение в рамках кварковой модели (рис. 12, с. 95).

Гига. Приставка, означающая миллиард. Гигаэлектронвольт (ГэВ) – миллиард электронвольт, 10⁹ эВ или 1000 МэВ.

Глубоко неупругое рассеяние. Вид рассеяния частиц при столкновении, в котором большая часть энергии ускоренной частицы (например, электрона) переходит в уничтожение частицы-мишени (например, протона). Ускоренная частица выходит из столкновения с гораздо меньшим количеством энергии, а частица-мишень рассыпается на множество разных адронов.

Глюон. Переносчик сильного цветового взаимодействия между кварками. Квантовая хромодинамика требует восемь безмассовых глюонов цветового взаимодействия, переносящих цветной заряд. Глюоны также принимают участие во взаимодействии, а не просто переносят его от одной частицы к другой. Считается, что энергия, переносимая глюонами, составляет 99 процентов массы протонов и нейтронов.