Luokitus | alkupartikkeli |
---|---|
Sävellys | perus |
Perhe | pomo |
Ryhmä | sähkökattoinen Higgs-kenttä |
Symboli | H 0 |
Massa |
125,38 ± 0,14 GeV (CMS 2020) 125,35 ± 0,15 GeV (CMS 2019)124,97 ± 0,24 GeV (ATLAS 2018) 125,03+0,26 −0,27( stat )+0,13 −0,15( sys ) GeV c −2 (CMS 2014) 125,36 ± 0,37 (stat) ± 0,18 (sys) GeV c −2 (ATLAS 2014) |
---|---|
Sähkövaraus | 0 ° C |
Värillinen lataus | 0 |
Pyöritä | 0 |
Pariteetti | +1 |
Elinikä | 1,56 × 10 −22 s ( vakiomalli ) |
Ennustus |
François Englert ja Robert Brout Peter Higgs G.Guralnik , Carl Richard Hagen ja Thomas Kibble (1964) |
---|---|
Löytö |
4. heinäkuuta 2012 (ilmoitus) 15. maaliskuuta 2013 (vahvistus) |
Higgsin bosoni , joka tunnetaan myös muilla nimillä kuten BEH bosoni tai Jumala hiukkanen , on alkeishiukkasfysiikka jonka olemassaolo, itsenäisesti postuloida 1964 mennessä François Englert ja Robert Brout , jonka Peter Higgs ja Gerald Guralnik , Carl Richard Hagen ja Thomas nappulat , auttaa selittää rikkoutuminen on yhtenäinen sähköheikko vuorovaikutus kahteen vuorovaikutusten välityksellä Brout-Englert.Lähistöllä-Higgs-Hagen-Guralnik-nappulat mekanismi ja siten selittää, miksi jotkut hiukkaset ovat massan ja toiset eivät. Sen olemassaolo vahvistettiin kokeellisesti vuonna 2012 LHC: n käytön ansiosta ja johti fysiikan Nobel-palkinnon myöntämiseen François Englertille ja Peter Higgsille vuonna 2013 .
Hiukkasta Higgs kvantti on Higgs alalla , antaa massa ei-nollaan mittabosoni on heikko vuorovaikutus ( W ja Z hiukkanen ), antaa niille erilaisia ominaisuuksia, jotka on bosoni on sähkömagneettinen vuorovaikutus , The fotoni .
Tämä alkeishiukkanen on yksi hiukkasfysiikan vakiomallin pääkivistä . Sen ominaisuuksien tuntemus voi myös ohjata tutkimusta vakiomallin ulkopuolelle ja tasoittaa tietä uuden fysiikan , kuten supersymmetrian tai pimeän aineen, löytämiselle .
4. heinäkuuta 2012, CERN ilmoittaa konferenssissa, että se on tunnistanut 99,999 97%: n (5 σ ) luotettavuustasolla uuden bosonin massadomeenissa luokkaa 125–126 GeV c −2 , mikä näyttää olevan yhteensopiva Higgsin bosoni. Ilmoitusta seurataan,17. syyskuuta 2012Jonka julkaiseminen kahden artikkeleita lehdessä Physics Letters B . 15. maaliskuuta 2013, CERN vahvistaa, että se on todennäköisesti Higgsin bosoni.
Higgsin bosonin symboli on H 0 .
Vakiomallin hiukkasfysiikan ennustaa ainoastaan Yhden ainoan BEH bosoni: sitä kutsutaan ”standardi Higgsin bosoni” . Ja teoriat pidemmälle standardi malli , kuten supersymmetrian , mahdollistavat olemassa useita bosonit tämäntyyppisten massojen ja erilaiset ominaisuudet .
Etsintä scalar bosoni (tai Higgsin bosoni) on yksi painopisteistä LHC The seuraaja hiukkaskiihdyttimeen LEP at CERN , toiminnassa vuodesta10. syyskuuta 2008. Tutkimuksen tila vuonna 2004joulukuu 2011ei salli päätellä Higgsin bosonin olemassaolosta, mutta tuetaan CERNissä sitten järjestetyssä seminaarissa, että sen oman energian, jos sellaista on, on todennäköisesti oltava alueella 116 - 130 GeV ATLAS- kokeiden ja 115 - 127 GeV mukaan samat kuin CMS . LHC tai Tevatron ( protonien antiprotonin törmäys ) voivat löytää Higgsin bosonin, joka täyttää vakiomallin tai viisi Higgsin bosonia (kolme neutraalia ja kaksi sähkövarausta) supersymmetrisen mallin ennusteen mukaan .
Hyvin odotetussa virallisessa ilmoituksessa CERN: llä on 4. heinäkuuta 2012, vahvisti väliaineille riittävän todennäköisyydellä 5 σ varmuuden (vastaa 99,999 9%) todennäköisyyden hiukkaselle, jolla on ominaisuuksia, jotka ovat yhdenmukaisia Higgsin bosonin odotettujen ominaisuuksien kanssa. Muut ominaisuudet, erityisesti tämän hiukkasen nopeus ja hajoamistavat, on mitattava lopullisen vahvistuksen saamiseksi, mikä ei aseta kyseenalaiseksi tämän löydön hyvin todennäköistä luonnetta. Tämä tunnistaminen ei siis vielä tarkoita, että se on välttämättä löydetty Higgsin bosonista; sen perustaminen vie todennäköisesti vielä muutama vuosi tutkimusta.
CERN julkaisi 14. maaliskuuta 2013 lehdistötiedotteen, jossa se ilmoitti, että vasta löydetty bosoni "näyttää yhä enemmän" Higgsin bosonilta, vaikka ei ole vielä varmaa, kuuluuko se vakiomallin Higgsin bosoniin .
28. elokuuta 2018CERNin fyysikot ilmoittavat löytäneensä Atlasin ja CMS-ilmaisimien avulla bosonin hajoamisen pariksi kvarkpariksi, mikä vahvistaa vakiomallin.
Skalaaribosonin (Higgs) olemassaolo on liian lyhyt havaitsemiseksi suoraan: voimme vain toivoa havaitsevamme sen hajoamistuotteita tai jopa jälkimmäisten hajoamistuotteita. Lisäksi tapahtumat, joihin liittyy tavallisia hiukkasia, voivat tuottaa samanlaisen signaalin kuin Higgsin bosoni.
Lisäksi hiukkasia voidaan havaita detektorissa vain energioilla, jotka ovat suurempia tai yhtä suuria kuin sen oma massa . Lisäksi on väärinkäyttävää puhua massasta tällaiselle hiukkaselle, koska mallissa massa ei ole enää hiukkasten luontainen ominaisuus, vaan mittaa niiden vuorovaikutusta Higgs-kentän kanssa .
Lopuksi näiden bosonien sekä tuotantoon että havaitsemiseen liittyvien ilmiöiden monimutkaisuus johtaa järkeilyyn tilastojen suhteen eikä bosonin muodolliseen 100-prosenttiseen tunnistamiseen.
Siten, jotta voidaan todeta löytö hiukkasfysiikassa, virheen todennäköisyyden on oltava alle 0,00006%, mikä vastaa luottamusväliä 5 σ . Tällainen tilastollinen lähestymistapa merkitsee siis erittäin suuren määrän törmäysten aikaansaamista kokeiden aikana näille todennäköisyystasoille.
Suora määritys olemassaolon Higgsin bosoni edellyttää erityisten ilmaisimien kanssa on hiukkaskiihdyttimien . Seuraavissa kokeissa yritetään tai on yritetty havaita Higgsin bosoni:
at LEP ( elektroni - positronin collider ) ALEPH , DELPHI , L3 ja OPAL . Higgsin bosonin etsimiseksi LEP epäonnistuu suhteellisen alhaisen energiansa vuoksi. LEP toimi vuosina 1989-2000. on Tevatron (protoni-antiproton collider) DØ ja CDF . Huolimatta seitsemän kertaa pienemmästä enimmäisenergiasta kuin LHC, Tevatron sallii vähemmän taustamelua törmäyksissä, ja protoni-antiproton-törmäysten käyttö voi johtaa tiettyihin tapahtumiin, joita ei tapahdu protonitörmäyksissä / protoneissa, kuten LHC. Tevatron toimi vuosina 1983--2011. on LHC ( protoni -proton collider ) ATLAS ja CMS . LHC on ollut toiminnassa vuodesta 2009.Muut instrumentit, erityisesti lineaariset elektronipositronien törmäyslaitteet, kuten International Linear Collider ( ILC ) ja Compact Linear Collider ( CLIC ), jotka ovat tällä hetkellä tutkimusvaiheessa, voisivat helpottaa Higgsin bosonin tunnistamista ja mekanismien ymmärtämistä paremmin. mukana.
Jonkin aikaa ajateltiin, että Higgsin bosoni oli havaittu LEP: llä vuonna 2000 . Tilastollinen merkitsevyys oli kuitenkin liian pieni tämän esityksen varmistamiseksi. Vuonna 2002 LEP: llä tehdyt tutkimukset tekivät mahdolliseksi päätellä, että on olemassa 8 prosentin todennäköisyys, että havaitut tapahtumat voidaan selittää ilman Higgien osallistumista.
CMS ja ATLAS kokeiluja on LHC ilmoitti joulukuussa 2011 tarkkailemaan yhtenäisen ylilyöntejä noin 124-126 GeV C -2 . Nämä ylitykset, alle kolme kertaa keskihajonta , eivät kuitenkaan ole riittävän tilastollisesti merkitseviä validoimaan varmuudella Higgsin bosonin löytämisen.
Aikaisemmat ja nykyiset kokemukset johtavat tämän Higgsin bosonin lepomassan sulkemiseen pois tietyiltä aikaväleiltä:
Higgsin bosonin puhtaan energian arvioidaan vuonna 2012 olevan (125,3 ± 0,6) GeV c −2 .
Useiden satojen GeV / c²-arvojen lisäksi Higgsin vakiobosonin olemassaolo kyseenalaistetaan teoriassa.
Esitettiin useita kysymyksiä, jotka koskivat muun muassa bosonien mekanismia ja massaa . Vastauksen antamiseksi näihin kysymyksiin symmetrian rikkomisen käsite otetaan käyttöön sähköheikkoteoriassa .
Hiukkasten käyttäytymisen säännönmukaisuuksia kutsutaan symmetrisiksi ja ne liittyvät läheisesti säilyvyyslakiin . Symmetria liittyy myös muuttumattomuuden käsitteeseen: jos fyysisessä järjestelmässä tehty muutos ei tuota havaittavaa vaikutusta, järjestelmän sanotaan olevan muutoksen invariantti, mikä tarkoittaa symmetriaa (katso Noetherin lause ).
Sähkösyötön yhdistyminen perustuu käsitteeseen, jonka mukaan voimat syntyvät bosonien vaihdosta. Kun sanomme, että kahden fermionin välillä on voima (puoli-kokonaisluku), se tarkoittaa myös, että ne vaihtavat bozoneja. Sieltä meidän on ymmärrettävä, kuinka perusvoimia välittävät bosonit hankkivat massaa. Kuinka sähköheikko yhdistyy, miten W ± ja Z ° bosonit saavat massan, kun fotoni ei?
Mittari symmetrioita vaadittava voima lähettimet (mittabosoni) ovat massattoman. Bosonien massaongelman kiertämiseksi Salam , Glashow ja Weinberg joutuivat keksimään mekanismin mittasymmetrian rikkomiseksi, jolloin W ± ja Z ° saivat massan. Tällaisia mekanismeja oli kehittänyt muissa yhteyksissä erilaiset teoreetikot: Yoichiro Nambu , Jeffrey Goldstone , Sheldon Glashow, Peter Higgs ja Philip Warren Anderson .
Ajatuksena on postuloida uuden kentän olemassaolo, lempinimeltään Higgs-kenttä .
Toisin kuin kaikki muut tunnetut kentät, kuten sähkömagneettinen kenttä , Higgs- kenttä on skalaarikenttä ja sillä on vakio nollasta poikkeava arvo tyhjiössä. Higgs-kenttä eroaisi muista kentistä siinä, että alhaisessa lämpötilassa (energiassa) tila "mieluummin" täytettäisiin Higgs-hiukkasilla kuin ei. W ± ja Z ° -bosonit ovat vuorovaikutuksessa tämän kentän kanssa (toisin kuin fotoni) ja liikkuvat avaruuden läpi ikään kuin ne liikkuisivat paksuna ”melassina”. Tällä tavoin he saavat tehokkaan massan. Korkeissa lämpötiloissa (energiassa) vuorovaikutukset Higgs-kentässä ovat sellaisia, että tilaa ei enää täytetä tällä Higgsin melassilla (vähän kuin lämpötila olisi fluidisoinut melassia), W ± ja Z ° menettävät massansa ja symmetria W ± , Z ° ja fotonin välillä ei enää ole rikki, se “palautetaan”. Sen sanotaan olevan ilmeinen. Fermionin tai bosonin massa olisi siis vain osoitus tästä hiukkasten vuorovaikutuksesta Higgs-kentän kanssa, jossa ne "uivat".
Higgs-kenttä säilyttää symmetrian suurella energialla ja selittää symmetrian hajoamisen matalalla energialla. Se on vastuussa sähköheikon bosonien massasta, mutta on myös vuorovaikutuksessa fermionien (kvarkkien ja leptonien) kanssa, jotka siten hankkivat "massan". Kevyimmät ovat neutriinot , joiden viime aikoihin asti uskottiin olevan nolla massa; sitten tulee elektroni, jonka massa on 0,511 MeV c −2 . Asteikon yläosassa on ylimääräinen kvarkki , joka on ylivoimaisesti raskain alkupartikkeli 175 GeV c −2: lla .
Alkeishiukkaset (bosonit, fermionit) hankkivat massaa Higgsin kentän takia, mutta miksi kukin hiukkanen saa eri massan tai jopa ei lainkaan massaa kuin fotonin tapauksessa? Miksi hiukkasten affiniteetin vahvuus Higgsin kentän kanssa, jota kutsutaan kytkemiseksi, on niin erilainen hiukkasesta toiseen, ja miten siis selittää tämä massahierarkia? Tänään emme tiedä vastauksia näihin kysymyksiin, eikä Higgsin bosoniteoria yksin voi vastata niihin.
Alkeishiukkasfyysikko David J. Miller vertasi bosonia ja Higgsin mekanismia cocktailiin, joka toi yhteen poliittisen puolueen jäseniä.
Higgs-kenttää verrataan ihmisryhmään, joka aluksi täyttää olohuoneen tasaisesti. Kun tunnettu poliittinen hahmo tulee olohuoneeseen, hän houkuttelee aktivisteja ympärilleen, mikä antaa hänelle merkittävän "massan". Tämä kokoelma vastaa Higgsin mekanismia, ja juuri hän määrittelee massan hiukkasille.
Bosoni ei suoraan anna massaa hiukkasille: bosoni on osoitus Higgs-kentästä ja Higgs-mekanismista, joka puolestaan antaa massaa hiukkasille. Tämä on tässä vertauskuvassa verrattavissa seuraavaan ilmiöön: ulkopuolinen henkilö käytävältä levittää huhun oven lähellä oleville ihmisille. Joukko militantteja muodostuu samalla tavalla ja leviää aallon tavoin huoneen yli välittämään tietoa: tämä väkijoukko vastaa Higgsin poikaa.
Higgsin bosonin havainnointi olisi siten erittäin vahva osoitus Higgsin mekanismin olemassaolosta, mutta se voisi olla olemassa, vaikka itse bosonia ei olisikaan.
Vain 1% tavallisen aineen massasta voidaan katsoa aiheuttaneen Higgsin bosonista. Todellakin, tavallinen aine koostuu atomista, jotka itse muodostuvat elektronista ja nukleonista (protonit ja neutronit). Elektronien massa on kuitenkin hyvin pieni, ja 99% nukleonien massasta tulee kvarkkien välisestä sitoutumisenergiasta (voimakkaalla voimalla), jotka ovat myös hyvin kevyitä.
Higgs itse mitenkään väittää isyyden jotkut, kuten François Englert , katsovat, että on enemmän merkitystä nimetä tämän hiukkasen ”bosoni BEHHGK”, sillä Brout , Englert , Higgs , Hagen , Guralnik ja nappulat , joskus yksinkertaistettuna "BEH bosoni" varten Brout, Englert ja Higgs (jälkimmäinen nimi, joka on otettu 47: ksi, ovat Rencontres de Moriond partikkeleiden fysiikasta La Thuilessa vuonna 2012), tai kutsua "skalaaribosonimassaksi" tai "bosonin spontaaniksi symmetriamurtumaksi (BSS) skalaariksi".
"Artikkelimme ilmestyi Physical Review Letters -lehdessä 31. elokuuta 1964, jolloin Higgsin artikkeli esitettiin vain. Ja tämä lainaa tekstiämme. Joten meillä on etusija. Mitä Peter Higgs myöntää helposti. Sanotaan, että tapahtui samanaikainen löytäminen itsenäisellä mutta täydentävällä tavalla. Matemaattinen lähestymistapa oli erilainen. Emme tunteneet toisiamme. Aloimme kutsua tätä partikkelia "Higgs-bosoniksi", emmekä ole muuttuneet, vaikka tiedemiehet tietävät, että se on "Brout-Englert-Higgs-bosoni" ja BEH-kenttä. Soitan sitä mieluummin vieläkin eri tavalla, toisin sanoen "skalaaribosoniksi" ja "skalaarikentäksi", jotka kuvaavat paremmin tämän bosonin rakennetta. "
- François Englert, haastateltu La Libre Belgiquessa
Nimitykset "particle-God" ja "God particle" ovat kaksi käännöstä lempinimestä " God Particle " . Tämä lempinimi on itse asiassa muunnos, jonka Leon Lederman -kirjan kustantaja on kirjoittanut " The Damdamn Particle " (sanasta sanaan "kirottu partikkeli", ranskaksi "damn particle" tai "the damn particle"). Fyysikot tuomitsevat nämä tiedotusvälineiden laajalti käyttämät nimet.