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

Бэгготт Джим

МССМ. Минимальная суперсимметричная Стандартная модель – минимальное расширение обычной Стандартной модели физики элементарных частиц, которое учитывает суперсимметрию. Разработана в 1981 году Ховардом Джорджи и Саввасом Димопулосом.

Мюон. Лептон второго поколения, эквивалентный электрону, с зарядом –1, спином ¹/₂ (фермион) и массой 106 МэВ. Впервые открыт в 1936 году Карлом Андерсоном и Сетом Неддермейером.

Нарушение симметрии. Спонтанное нарушение симметрии происходит каждый раз, когда самое низкоэнергетическое состояние физической системы имеет более низкую симметрию, чем высокоэнергетические состояния. Когда система теряет энергию и находится в

самом низкоэнергетическом состоянии, симметрия спонтанно уменьшается, то есть нарушается. Например, карандаш, идеально сбалансированный и установленный на острие, симметричен, однако он падает и ложится в некоем определенном направлении в менее симмтеричном, но более стабильном, низкоэнергетическом состоянии.

Нейтральные токи (слабое взаимодействие). Взаимодействие между элементарными частицами, при котором не происходит изменение электрического заряда. Это может быть обмен виртуальными Z⁰– частицами или одновременный обмен частицами W+ и W^— (см. рис. 15 и 16, с. 111 и 135).

Нейтрино. От итальянского «нейтрончик». Нейтрино не заряжены, имеют спин ¹/₂ (фермион), это спутники отрицательно заряженных электронов, мюонов и тау-частиц. Считается, что нейтрино обладают очень малой массой, что необходимо для объяснения феномена нейтринной осцилляции, то есть квантовомеханического смещения ароматов нейтрино, таким образом, что аромат может со временем измениться. Нейтринная осцилляция решает проблему солнечных нейтрино – количество нейтрино, которые в соответствии с измерениями проходят сквозь Землю, не соответствует количеству электронных нейтрино, ожидаемому в результате происходящих в ядре Солнца реакций. В 2001 году было показано, что лишь 35 процентов солнечных нейтрино являются электронными нейтрино, а оставшаяся часть приходится на мюонные и тау-нейтрино. Это свидетельствует о том, что ароматы нейтрино меняются по мере их движения от Солнца к Земле.

Нейтрон. Электрически нейтральная субатомная частица, открытая в 1932 году Джеймсом Чедвиком. Нейтрон – это барион, состоящий из одного верхнего и двух нижних кварков со спином ¹/₂ и массой 940 МэВ.

Общая теория относительности, ОТО. Разработанная Эйнштейном в 1915 году, общая теория относительности включает в себя специальную теорию относительности и ньютоновский закон всемирного тяготения в геометрической теории гравитации. Эйнштейн заменил «действие на расстоянии» из теории всемирного тяготения Ньютона движением массивных тел в искривленном пространствевремени. В ОТО материя говорит пространству-времени, как искривляться, а искривленное пространство-время говорит материи, как двигаться.

Октиллион. Миллиард квинтиллионов, 10²⁷ или единица с 27 нулями.

Очарованный кварк. с-кварк, кварк второго поколения с зарядом +²/₃, спином ¹/₂ (фермион) и массой 1,27 ГэВ. Открыт одновременно в Брукхейвенской национальной лаборатории и Стэнфордском центре ускорителей во время «ноябрьской революции» 1974 года при наблюдении за ^J/– мезоном, состоящим из с-кварка и с-антикварка.

Партон. Слово, придуманное Ричардом Фейнманом в 1968 году для описания точечных частиц, составляющих протоны и нейтроны. Партоны впоследствии оказались кварками и глюонами.

Перенормировка. Одно из следствий введения частиц в качестве квантов поля состоит в том, что частицы могут испытывать самодействие, то есть взаимодействовать со своими собственными полями. Это значит, что такие методы, как теория возмущения, используемые для решения управлений поля, не подходят, когда в качестве бесконечных поправок появляются самодействующие члены. Математический метод перенормировки создан

для устранения таких самодействующих членов за счет переопределения параметров (например, массы и заряда) самих частиц поля.

Пион. Группа мезонов со спином 0, образованных верхним и нижним кварками и их антикварками. Это + (верхний кварк + нижний антикварк), ^— (нижний кварк + верхний антикварк) и ⁰ (смесь верхний кварк + верхний антикварк и нижний кварк + нижний антикварк), с массами 140 МэВ (±) и 135 МэВ (⁰).

Позитрон. Античастица электрона, обозначается e+, с зарядом +1, спином ¹/₂ (фермион) и массой 0,51 МэВ. Первая обнаруженная античастица, открыта Карлом Андерсоном в 1932 году.

Поле Хиггса. Названо в честь британского физика Питера Хиггса. Этим общим термином называется любое фоновое поле, внесенное в квантовую теорию поля для нарушения симметрии посредством механизма Хиггса. Существование поля Хиггса, нарушающего симметрию в квантовой теории поля для электрослабого взаимодействия, убедительно подкрепляется открытием новой частицы в ЦЕРНе.

Постоянная Планка. Обозначается буквой h. Открыта Максом Планком в 1900 году. Постоянная Планка – фундаментальная физическая константа, отражающая величину квантов в квантовой теории. Например, энергия фотонов определяется их частотой излучения, согласно уравнению E = hv, то есть энергия равна произведению постоянной Планка на частоту излучения. Постоянная Планка имеет значение 6,626 x 10^–34 Дж·c.

Прелестный кварк. Также бьюти-кварк, боттом-кварк или b-кварк. Кварк третьего поколения с зарядом —¹/₃, спином ¹/₂ (фермион) и массой 4,19 ГэВ. Открыт в Фермилабе в 1977 году при наблюдении за ипсилон-мезоном, состоящим из b-кварка и b-антикварка.

Принцип неопределенности. Открыт Вернером Гейзенбергом в 1927 году. Принцип неопределенности утверждает, что есть некий окончательный предел точности, с которой можно измерить пары «сопряженных» наблю даемых объектов, таких как положение и момент, энергия и время. В основе принципа фундаментальный корпускулярно-волновой дуализм поведения квантовых объектов.

Принцип Паули, принцип запрета. Открыт Вольфгангом Паули в 1925 году. Утверждает, что два фермиона не могут занимать одно квантовое состояние (то есть обладать таким же набором квантовых чисел) одновременно. Для электронов это означает, что лишь два электрона могут находиться на одной атомной орбитали, при условии что они обладают противоположными спинами.

Протон. Положительно заряженная субатомная частица, открытая и названная Эрнестом Резерфордом в 1919 году. Резерфорд установил, что ядро атома водорода (которое представляет собой единственный протон) – фундаментальная составная часть ядер других атомов. Протон – это барион, состоящий из двух верхних и одного нижнего кварка со спином ¹/₂ и массой 938 МэВ.

Реликтовое излучение, также фоновое микроволновое излучение. Примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная достаточно расширилась и охладилась, чтобы произошла рекомбинация ядер водорода (протонов) и ядер гелия (состоящих из двух протонов и двух нейтронов) с электронами и, следовательно, образование нейтральных атомов водорода и гелия. В тот момент Вселенная стала «прозрачной» для остаточного горячего излучения. При дальнейшем расширении это горячее излучение охладилось до микроволнового диапазона с температурой всего 2,7 K (–270,5 °C), на несколько градусов выше абсолютного нуля. Это реликтовое излучение было предсказано несколькими теоретиками и случайно открыто Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном в 1964 году. В дальнейшем оно было подробно исследовано с помощью спутников COBE и WMAP.