Bosonul Higgs

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - „Particula lui Dumnezeu” se referă aici. Dacă sunteți în căutarea cărții din 1993, consultați Particula lui Dumnezeu: Dacă Universul este întrebarea, Care este răspunsul? .
Bosonul Higgs
Evenimente Higgs candidate în ATLAS și CMS.png
Compoziţie Particulă elementară
Familie Bosoni
Interacțiuni Gravitațional , slab , puternic
Simbol H 0
Teorizat P. Higgs , F. Englert , R. Brout , G. Guralnik , CR Hagen , T. Kibble ( 1964 )
Descoperire Large Hadron Collider ( 2011 - 2013 )
Proprietăți fizice
Masa 125,35 ± 0,15 GeV / c 2 (CMS 2019) [1]
Viața medie 1,56 × 10 −22 s
Incarcare electrica 0 și
Sarcina de culoare Și
A învârti 0

Bosonul Higgs este un boson scalar elementar , masiv , asociat cu câmpul Higgs , care joacă un rol fundamental în modelul standard, dând masă particulelor elementare . Mai mult, bosonul Higgs garantează consistența teoriei , care fără ea ar duce la un calcul al probabilității mai mare decât unul pentru unele procese fizice.

A fost teoretizat în 1964 și detectat pentru prima dată în 2012 în experimentele ATLAS și CMS , efectuate cu acceleratorul LHC la CERN [2] . În 2013, Peter Higgs și François Englert au primit Premiul Nobel pentru fizică pentru descoperirea lor.

Istorie

Ar trebui făcută o distincție între mecanismul Higgs și bosonul Higgs. Introdus în 1964, mecanismul Higgs a fost teorizat de fizicianul britanic Peter Higgs și independent de François Englert , Robert Brout (acești doi cărturari care lucrează la o idee a lui Philip Anderson ), Gerald Guralnik , CR Hagen și Thomas Kibble (toți acești fizicieni, au rămas relativ în umbra lui Peter Higgs, au fost premiați în 2010 pentru contribuția lor), dar numai publicația Higgs a menționat în mod explicit, într-o notă finală, posibila existență a unui nou boson. El a adăugat această notă după ce o primă versiune a fost respinsă de revista Physics Letters , înainte de a retrimite lucrarea către Physical Review Letters . [3] [4] Bosonul și mecanismul Higgs au fost ulterior încorporate în Modelul Standard, într-o descriere a forței slabe ca teorie a ecartamentului , independent de Steven Weinberg și Abdus Salam în 1967.

Premiul Sakurai 2010: Kibble, Guralnik, Hagen, Englert și Brout. În panoul din dreapta Higgs .

Bosonul Higgs are propria sa masă , a cărei valoare nu este prevăzută de modelul standard. Măsurătorile indirecte de la determinările parametrilor electrodeboli au dat indicii că valorile cele mai probabile erau încă relativ scăzute, [5] într-un interval accesibil marelui colizor de hadroni de la CERN . Multe modele supersimetrice au prezis, de asemenea, că cea mai mică masă posibilă a bosonului Higgs era în jur 120 GeV sau mai puțin, în timp ce teoria oferă o limită maximă de aproximativ 200 GeV ( ≈3,5 × 10 −25 kg ).

Cercetările directe efectuate la LEP au făcut posibilă excluderea valorilor mai mici decât 114,5 GeV . [6] Până în 2002, acceleratoarele de particule au atins energii de până la 115 GeV. Deși un număr mic de evenimente înregistrate ar fi putut fi interpretat ca fiind cauzat de bosonii Higgs, dovezile disponibile erau încă neconcludente. Începând din 2001, căutarea bosonului Higgs sa mutat în Statele Unite, studiind coliziunile înregistrate la acceleratorul Tevatron de la Fermilab . Datele colectate acolo au făcut posibilă excluderea existenței unui boson Higgs cu o masă cuprinsă între 160 și 170 GeV / c 2 .

Simularea Geant4 a unui eveniment într-un accelerator de particule care ar trebui să genereze un boson Higgs

După cum sa menționat, era de așteptat ca LHC , care după o lungă pauză să înceapă colectarea de date din toamna anului 2009, să poată confirma existența acestui boson. La 13 decembrie 2011, într-un seminar la CERN , a fost ilustrată o serie de date din experimentele ATLAS și CMS , coordonate de fizicienii Fabiola Gianotti și Guido Tonelli , care au identificat bosonul Higgs într-un interval de energie între 124 și 126 GeV cu o probabilitate aproape de 99% [7] [8] [9] [10] [11] [12] . Deși această valoare a fost cu siguranță considerabilă, comunitatea de fizică a particulelor cere ca, înainte ca o descoperire să poată fi anunțată oficial, să se atingă o probabilitate de eroare din cauza întâmplării sau a valorii p (principalul element imprevizibil în acest caz este reprezentat de fluctuații). ) care nu depășește 0,00006% (o valoare de 5 în termeni de deviații standard , indicată și cu litera greacă sigma ) [13] .

Pe 5 aprilie 2012, în ring aleargă cu al său La 27 km sub granița dintre Elveția și Franța , a fost atinsă energia maximă atinsă vreodată de 8 trilioane de electroni volți ( 8 TeV ). [14] Datele suplimentare dobândite au făcut posibilă atingerea preciziei cerute și, la 4 iulie 2012, într-o conferință ținută în auditoriul CERN , Peter Higgs, purtătorii de cuvânt ai celor două experimente, Fabiola Gianotti pentru experimentul ATLAS și Joseph Incandela pentru experimentul CMS a anunțat descoperirea unei particule compatibile cu bosonul Higgs, cu o masă în jur de 126,5 GeV / c 2 pentru ATLAS [15] și 125,3 GeV / c 2 pentru CMS [16] .

Descoperirea a fost confirmată oficial pe 6 martie 2013, în cadrul unei conferințe susținute de fizicienii CERN la La Thuile . Cu toate acestea, datele referitoare la caracteristicile coletului sunt încă incomplete. [17] . La 8 octombrie 2013, Peter Higgs și François Englert au primit Premiul Nobel pentru fizică pentru descoperirea mecanismului Higgs.

După doi ani de pauză tehnică, în iunie 2015 LHC a reluat experimentele cu o energie de 13 TeV , apropiindu-se de maximul așteptat de 14 TeV și permițând noi măsurători pentru a completa caracteristicile bosonului Higgs.

Bosonul (câmpul) Higgs și teoria electrodebilității

Bosonul Higgs este cuantumul uneia dintre componentele unui câmp scalar complex care este câmpul Higgs. Are zero rotire (este un boson scalar ), este propria sa antiparticulă și este chiar sub o operație de simetrie CP .

Conform teoriei cosmologice predominante, câmpul Higgs pătrunde tot spațiul gol din univers în orice moment. În momentele inițiale (în termeni de o miliardime de secundă) după Big Bang, acest câmp ar fi suferit un proces de condensare tahionică , dobândind o valoare așteptării non-zero care ar asuma un rol fundamental, declanșând un „mecanism” care dă masă la bosonii vectoriale W și Z și bosonul Higgs în sine ( în timp ce fotonii rămâne fără masă) și , prin urmare , provocând ruperea spontană a electroslab simetria gauge . Mecanismul Higgs astfel conceput este cel mai simplu capabil să ofere masă bosonilor de măsurare , asigurând compatibilitatea cu teoriile de măsurare .

Intrând în mai multe detalii, câmpul Higgs constă de fapt din două câmpuri complexe: dublet de isospin slab (grupul de simetrie SU (2) L ) și singlet slab de hipercărcare ( grupul U (1) Y ) cu valoare de hipercărcare egală cu +1; rezultă că câmpul cu a treia componentă de izospin slab + ½ are o sarcină electrică +1, în timp ce celălalt (izospin -½) este neutru. Presupunând, așa cum am menționat deja, că componenta reală a câmpului neutru, a cărei particulă corespunde cu bosonul Higgs, are o valoare de așteptare diferită de zero în vid și, prin urmare, generează o pauză de simetrie, restul de trei câmpuri reale (două din câmp) încărcat și unul format din partea imaginară a câmpului neutru) ar fi trei bosoni Goldstone , prin definiție fără masă și scalari (adică cu 1 grad de libertate ). Dar, deoarece, prin mecanismul Higgs, câmpurile gabaritului sunt cuplate la câmpurile Higgs prin derivatele covariante , bosonii Goldstone devin componentele longitudinale ale bosonilor W + , W - și Z 0 , care, prin urmare, trec de la 2 la 3 grade de libertate de polarizare , câștigă masă.

După cum sa menționat deja, modelul standard nu prezice valoarea masei bosonului Higgs. Deoarece valoarea identificată experimental este cuprinsă între 115 și 180 GeV , teoria este valabilă la toate scările de energie până la scara Planck ( 10 16 TeV ). Cea mai mare valoare energetică permisă de teorie în absența bosonului Higgs (sau a altui mecanism de rupere a simetriei electrodebole) ar fi în schimb ipotezată în jurul valorii de 1,4 TeV; dincolo de acest punct, modelul standard ar deveni inconsistent, deoarece unitaritatea probabilistică ar fi încălcată în unele procese de împrăștiere . În special, schimbul de bosoni Higgs elimină tendința inconsistentă la energiile mari ale amplitudinii probabilității în împrăștierea elastică a componentelor longitudinale ale celor doi bosoni W.

Bosonul (câmpul) și masa fermionului Higgs

Masa leptonilor derivă, de asemenea, direct din mecanismul Higgs. Câmpul Higgs ar fi, de asemenea, responsabil pentru masa quarkului prin extinderea „mecanismului” la interacțiunea Yukawa : atunci când câmpul Higgs, conform teoriei, dobândește o valoare așteptării de vid non-zero, determină, menținând întotdeauna ecartamentul compatibilitate, ruperea spontană a simetriei chirale , cu apariția în Lagrangian a unui termen care descrie, în modul câmp (fără a-l cuantifica), masa fermionului corespunzător. În comparație cu mecanismul Higgs propriu-zis al interacțiunii electro - slabe , ai cărui parametri au interpretări teoretice clare, „mecanismul Yukawa ” este mult mai puțin predictiv, deoarece parametrii acestui tip de interacțiune sunt introduși ad hoc în Modelul standard.

Modele alternative

Au fost dezvoltate modele în care multe caracteristici teoretice ale sectorului Higgs în modelul standard pot fi reproduse prin introducerea unui sector extra-dimensional sau, în orice caz, printr-o extindere a simetriei electrodebole. Astfel de modele, care caută să găsească alternative la mecanismul Higgs, sunt cunoscute sub numele de modele Higgsless . [18] [19]

În cultura de masă

Bosonul Higgs a devenit cunoscut publicului larg și mass - media și sub denumirea de „Particulă a lui Dumnezeu”, derivând din titlul cărții de fizică populară a lui Leon Lederman „ Particulă a lui Dumnezeu: dacă universul este răspunsul, care este întrebarea? ", Publicat în 1993. Acest titlu a derivat dintr-o schimbare de către editor a poreclei de" Goddamn particule "(particule blestemată), aleasă inițial de autor în raport cu dificultatea identificării sale [20] . Higgs a spus că nu împărtășește această expresie, considerându-l potențial ofensator față de oamenii de credință religioasă [21] .

Notă

  1. ^ CERN 2019
  2. ^ ATLAS - Observarea unei noi particule în căutarea modelului standard al bosonului Higgs cu detectorul ATLAS la LHC ( PDF ), pe arxiv.org . Adus 09-03-2013 .
  3. ^ Higgs Peter (2007). „Preistorie a bosonului Higgs”. Comptes Rendus Physique 8: 970-972. doi: 10.1016 / j.crhy.2006.12.006
  4. ^ Vittorio Del Duca (2008), A tea with Peter Higgs ( PDF ), Asymmetries n.8, INFN webzine, iunie 2009.
  5. ^ [hep-ph / 9810288v2] Limita indirectă la masa standard a modelului Higgs Boson din datele de precizie FERMILAB, LEP și SLD
  6. ^ http://pdg.lbl.gov/2007/tables/gxxx.pdf
  7. ^ Amprenta „particula lui Dumnezeu” găsită pe ansa.it. Adus la 13 decembrie 2011 .
  8. ^ Fizică: Cern, bosonul Higgs, semnale indicative din „particula lui Dumnezeu” , pe adnkronos.com . Adus la 13 decembrie 2011 .
  9. ^ Căutare CMS pentru modelul standard al bosonului Higgs în datele LHC din 2010 și 2011 , CERN, 13 decembrie 2011. Accesat la 13 decembrie 2011 .
  10. ^ Detectoarele se află pe bosonul Higgs , Nature News, 13 decembrie 2011.
  11. ^ Experimentul ATLAS prezintă cea mai recentă stare de căutare Higgs , CERN, 13 decembrie 2011. Adus 13 decembrie 2011 (arhivat din original la 6 ianuarie 2012) .
  12. ^ Experimentele ATLAS și CMS prezintă starea de căutare Higgs , CERN, 13 decembrie 2011. Accesat la 13 decembrie 2011 (arhivat din original la 14 decembrie 2011) .
  13. ^ Științele , n. 521, ianuarie 2012.
  14. ^ http://daily.wired.it/news/scienza/2012/04/05/lhc-record-energie-bosone-36521.html .
  15. ^ ultimele rezultate ale căutării higgs Arhivat 7 iulie 2012 la Internet Archive .
  16. ^ Rezultate CMS
  17. ^ Sursa: site-ul ANSA , 6 martie 2013 ( bosonul Higgs este cel prezis de teorie - - ANSA.it )
  18. ^ C. Csaki și C. Grojean și L. Pilo și J. Terning, Către un model realist de rupere a simetriei electrodebole Higgsless , în Physical Review Letters , vol. 92, 2004, p. 101802.
  19. ^ C. Csaki și C. Grojean și L. Pilo și J. Terning, Gauge theories on a interval: Unitarity without a Higgs , în Physic Review , D69, 2004, p. 055006.
  20. ^ Știință / Bosonul Higgs, de la „blestemat” la „particula lui Dumnezeu” , pe firstonline.info . Adus la 11 ianuarie 2012 .
  21. ^ Descoperirea „particulei lui Dumnezeu” acum universul este mai stabil , pe repubblica.it , 4 iulie 2012. Adus pe 5 iulie 2012 .

Bibliografie

Eseuri populare

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 55655 · LCCN (EN) sh89005038 · GND (DE) 4209328-4 · BNF (FR) cb123974191 (data)
Fizică Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Bosone_di_Higgs&oldid=122354422 ”