26 июня 2008 г.

Почему физики так уперлись в этот хиггсовский бозон?


В комментариях к прошлой заметке меня спрашивают: "Почему физики так уперлись в этот хиггсовский бозон?" В самом деле, частиц же сейчас известно уже три сотни и каждый год открывают новые. Что такого особенного в бозоне Хиггса?

На самом деле, физикам интересен не столько сам по себе бозон Хиггса, сколько то, что за ним стоит. Хиггсовский бозон -- это "частица-отголосок" одного очень замечательного явления, на котором построена Стандартная модель современной физики элементарных частиц -- нарушение электрослабой симметрии. Я не буду сейчас рассказывать, в чем это явление заключается; главное, что оно происходит -- физики в этом уже не сомневаются (хотя оговорки типа "в принципе, не исключено, что мы все ошибаемся", для проформы иногда звучат). Но вот как именно оно происходит -- остается пока большой загадкой.

Почему физики так стремятся узнать механизм нарушения электрослабой симметрии? Потому что они очень сильно подозревают, что узнав подробности этого и других -- возможно связанных с ним -- явлений, они откроют новый пласт знаний об устройстве нашего мира, смогут построить новую, более глубинную теорию, которая придет на смену Стандартной модели.

Вот она, настоящая цель LHC.

Мне кажется, что превкушения физиков перед началом работы LHC хорошо передаст аналогия, которая будет особенно близка тем, кто в свое время наигрался в компьютерные 3D-стрелялки. :) Прошу не воспринимать ее буквально, а обратить внимание лишь внутренние ощущения, ожидания человека.

Представьте себе, что вы в компьютерной игре уже прошли весь уровень, поубивали всех монстров, понаходили все ключи, и теперь ищете ту последнюю дверь, за которой начнется новый уровень. Краешком глаза, через окна или проёмы в стенах, вы уже видите кое-что из нового уровня. Вы предвкушаете то, что вас там может ожидать -- новые задачи, сложные трюки, новые зловещие монстры, но и новое оружие. Конечно, и на старом уровне еще кое-чего можно поделать (особенно если этот "уровень" бесконечно обширный), но это всё уже кажется не таким интересным -- настоящее месилово :) вас ждет там, за той дверью.

Хиггсовский бозон и сопутствующие ему явления -- как раз и являются для физиков той дверью, за которой начинается новый уровень, новые научные приключения.

Если не найдут хиггсовский бозон как отдельную частицу -- будет очень даже интересно. Это значит, что электрослабая симметрия нарушается более хитрым способом, -- такие варианты сейчас тоже изучаются. Эксперименты на LHC позволят проверить практически все эти варианты.

И наконец, даже если вдруг окажется, что ничего из придуманного на сегодня не сработает для объяснения данных LHC (что кажется чрезвычайно маловероятным), то встанет еще один очень большой вопрос: почему же тогда Стандартная модель так хорошо работала до сих пор? Это что, было лишь длинной чередой удивительных совпадени? Но опыт говорит, что настолько больших совпадений просто так в природе не случается -- у них обязательно должен быть рациональный мотив. Значит, начнется поиска этого мотива.

11 комментариев:

  1. Уф-ф, я польщен... Не ожидал, что вас так заденет мой шутливый комент. Спасибо за развернутый ответ, однака, боюсь, что многие "лирики" (а также химики, биолухи, и иже с ними) сочтут тему не раскрытой. По причине, видимо, слабого знания (ими же) физической "матчасти". Например, для меня стало открытием, что "нарушение электрослабой симметрии", оказывается, есть фундамент Стандартной Модели. М-дя-а-а... Ну, там кварки, или суперструны какие... пусть даже кванты "мирового эфира"... Но чтобы вот это?.. Я лично думал (в сермяжности своей), что главный камень преткновения теоретиков нонче - это "работающая" квантовая теория гравитации... Короче, запутали вы нас совсем. Раз уж сказали про "новый пласт", стало быть, надо и обьяснить все досконально: типо, откуда монстры выбегають и каким оружием их мочить...

    ОтветитьУдалить
  2. Ну, это не я вас запутывал :)

    Если хотите сразу получить хотя бы контурное представление о всей ФЭЧ, прочитайте того же Дэвиса. А после нее -- книгу Л.Б. Окуня "Альфа, бета, гамма... Z" -- это книжка из библиотечки "Квант", вып.45.

    Про другие вещи я может тоже порассказываю, но если есть интерес, то базовые вещи лучше учить по книжкам для школьников :).

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Анонимный9/1/13 07:43

      Дэвиса в смысле книжку Пола Дэвиса "Суперсила" ?

      Удалить
  3. Фсе...я выпал в осадок и ушел на дно (библиотеки). Будем прачитать, што нам, папуасам, товарисч Дэвис поведает.

    ОтветитьУдалить
  4. Поправочка, кстати. "...явления, на котором построена Стандартная модель современной физики элементарных частиц -- нарушение электрослабой симметрии." На энтом деле построена теория электро-слабого обьединения в рамках СМ. А сама СМ построена на безисходности. Ибо имеет несчастье быть чисто описательной :(, зато пока работает :).
    Кстати, касательно вашей лекции для пионэров, КАК поле Хиггса "проявляет" массу частиц (таварисч Дэвис об энтом не поведал)? И куда оно (поле Х) делось после нарушения симметрии?

    ОтветитьУдалить
  5. Самое существенное в Стандартной модели -- это именно механизм электрослабая симметрия и ее нарушение за счет хиггсовского механизма. Который, конечно, тоже при желании можно назвать чисто описательным.

    Насчет поля Хиггса -- дочитайте Дэвиса, возьмитесь за книжки Л.Б.Окуня. В "альфа, бета, гамма... Z" про Хиггса сказано мало, но в "Физике элементарных частиц" уже объяснено вполне нормально.

    ОтветитьУдалить
  6. Спасибо за совет, буду продолжать ликбез. Кстати, насколько обоснованно считать подтверждением теории ЭСВ нахождение предсказанных W и Z бозонов? А вдруг эти бозоны "чиста случайна" подходят на роль "передатчиков", ведь когда-то давно тоже было приняли мезон за носителя сильных взаимодействий.

    ОтветитьУдалить
  7. А можно узнать, как звучат ключевые слова для поиска по arXiv, про безхиггсовые варианты? Или даже ссылку на обзор, если есть под рукой.

    ОтветитьУдалить
  8. Так и будут -- Higgsless models. А обзор есть даже на русском языке: Кю Грожан, УФН, 177, 3 (2007).

    ОтветитьУдалить
  9. Анонимный9/7/12 18:04

    Ну вот..дождались наконец....99,99997% бозон хиггса - реальность.

    ОтветитьУдалить