"Higgs Boson đang mở. Tiếp theo là gì?"

“Higgs Boson đang mở. Tiếp theo là gì?”

Valery Rubakov, Boris Shtern
"Tùy chọn Trinity" №12 (256), ngày 19 tháng 6 năm 2018

Valery Rubakov

Vào ngày 7 tháng 6 năm 2018, tại trung tâm văn hóa và giáo dục "Arkh", một bài giảng của Viện Hàn lâm Khoa học Nga Valery Rubakov về boson Higgs và nghiên cứu hiện đang diễn ra tại BAK đã được tổ chức. Với sự đồng ý của "Arkhe" được công bố trong. A. Rubakov bài trình bày của bài giảng này đã được chuẩn bị Bởi Boris Stern.

Việc phát hiện ra boson Higgs đã được báo cáo vào ngày 4 tháng 7 năm 2012 tại một hội thảo tại CERN. Nó được cho là khá thận trọng: một hạt mới đã được phát hiện và tính chất của nó phù hợp với các tính chất dự đoán của boson Higgs. Và trong những năm tiếp theo, chúng tôi dần dần trở nên ngày càng thuyết phục rằng các đặc tính chính xác là những gì các nhà lý thuyết đã tiên đoán, và hơn thế nữa trong mô hình ngây thơ nhất. Điều quan trọng nhất là, như các nhà lý thuyết nói, nó không chỉ là một hạt mới, mà là một đại diện của khu vực mới của các hạt cơ bản – khu vực Higgs.

Hình 1. Các mẫu "Zoo"

Hãy để tôi nhắc bạn về những điểm chính của Mô hình Chuẩn. Toàn bộ "sở thú" của các hạt của nó phù hợp trên một slide. Proton, neutron, meson π là tất cả các hạt hỗn hợp. Các hạt cơ bản không quá nhiều.Đây là gia đình của lepton, gia đình của quark tạo nên khu vực fermion. Lĩnh vực thứ hai là các hạt chịu trách nhiệm về tương tác của chúng: photon, W và Z-boson, gluon và gravitons. Bosons tương tác không chỉ với fermion, mà còn với nhau. Nổi tiếng nhất trong số các hạt này là photon.

Điều thú vị nhất trong các biểu hiện của chúng là gluon, chúng là những cái liên kết các quark trong proton sao cho không thể tách rời được. Các boson W và Z tương tự như vai trò của chúng đối với photon, nhưng chúng lớn và chịu trách nhiệm cho các tương tác yếu giống như điện từ, mặc dù chúng trông khác nhau. Vẫn phải có một hạt graviton. Xét cho cùng, sóng hấp dẫn đã mở, và nơi có sóng, phải có hạt. Một điều nữa là chúng ta, dường như, sẽ không bao giờ có thể nhận và đăng ký gravitons từng cái một.

Và cuối cùng, boson Higgs, một lĩnh vực riêng biệt trên trang trình bày của chúng tôi. Đây là một hạt khác đứng một mình trong toàn bộ "vườn thú", bao gồm một số lượng nhỏ các loài khác nhau.

Boson Higgs là gì?

Để bắt đầu: một boson là gì? Mỗi hạt, giống như một đầu, có một mô-men xoắn bên trong, hoặc spin (đây là một hiện tượng cơ học lượng tử).Nó xảy ra spin toàn bộ và một nửa nguyên trong đơn vị hằng số Planck. Các hạt có spin 1/2 hoặc 3/2 (bất kỳ spin nửa nguyên nào) được gọi là fermion. Trong boson, spin là nguyên vẹn, dẫn đến sự khác biệt cơ bản về tính chất của các hạt này (boson như tích lũy trong cùng trạng thái cơ học lượng tử, như photon trong sóng vô tuyến, fermion, ngược lại, tránh điều này, bởi vì các electron có các vỏ nguyên tử khác nhau. Ed.). Vì vậy, boson Higgs có spin 0 (cũng là một số nguyên).

Higgs Boson là một hạt nặng. Khối lượng của nó là 125 GeV (để so sánh: khối lượng của một proton là thứ tự của 1 GeV, khối lượng của hạt nặng nhất, t-quark, là 172 GeV). Các boson Higgs là trung tính điện.

Các hạt mới được phát hiện trong các máy gia tốc, chúng sinh ra trong các va chạm của các hạt, trong trường hợp này là va chạm của các proton. Sau đó đăng ký các sản phẩm phân rã của hạt mong muốn. Higgs boson phân rã trung bình trong 10-22 c. Đối với một hạt nặng, đây không phải là một thời gian rất ngắn – quark đầu, ví dụ, sống ít hơn 500 lần.

Và boson Higgs có nhiều cách khác nhau để phân rã. Một trong những "kênh vàng" của phân rã – phân rã thành hai photon – khá hiếm: theo cách này, boson Higgs phân rã trong hai trường hợp trong một nghìn.Nhưng con đường này là đáng chú ý ở chỗ cả photon đều có năng lượng cao. Trong hệ thống còn lại của boson Higgs, mỗi photon có năng lượng 62,5 GeV, rất nhiều năng lượng. Những photon này có thể nhìn thấy rõ ràng, bạn có thể đo được hướng di chuyển, năng lượng của chúng. Một kênh phân rã thậm chí còn sạch hơn – phân rã thành bốn lepton: thành hai cặp e+ và etrên e+, e và µ+, µ hoặc bốn muon. Nó chỉ ra bốn hạt tích điện năng lượng cao, cũng có thể nhìn thấy rõ ràng, chúng có thể đo năng lượng và hướng khởi hành.

Làm thế nào để tìm ra những gì chúng ta thấy chính xác sự phân rã của boson Higgs? Giả sử chúng tôi đăng ký hai photon. Đồng thời có nhiều quá trình khác dẫn đến sự ra đời của hai photon. Nhưng nếu photon bắt nguồn từ sự phân rã của một hạt nào đó, thì có thể xác định khối lượng của chúng bằng chúng. Để làm điều này, cần tính toán năng lượng của hai photon trong hệ tọa độ, chúng bay theo hướng ngược lại với cùng năng lượng – ở trung tâm của hệ thống khối. Trong khung tham chiếu của chúng ta, đây là một sự kết hợp được xác định rõ ràng của các năng lượng photon và góc phân tán giữa chúng. Nó được gọi là khối bất biến của hệ hạt. Nếu các photon là các sản phẩm phân rã của boson Higgs, khối lượng bất biến của chúng phải bằng với khối lượng của boson với độ chính xác của các sai số đo.Tương tự, nếu boson rơi vào bốn hạt.

Hình 2 Phân phối các sự kiện theo khối lượng bất biến của hai photon được đăng ký bởi cài đặt CMS. Các núm là trên một đường cong trơn tru và có một boson Higgs

Trong hình. 2 cho thấy sự phân bố các sự kiện bởi khối lượng bất biến của hai photon. Sau đó được vẽ dọc theo trục ngang, và dọc trục dọc số lượng sự kiện được vẽ. Có một nền liên tục, và có một "đèn flash" trong khu vực của khối lượng bất biến của 125 GeV. Có lẽ bạn sẽ cười, nhưng "cái tát" này là boson của Higgs. Một đỉnh tương tự xuất hiện trong khối lượng bất biến của bốn lepton (e+, e, µ+, µ), mà anh ấy cũng chia tách. Chỉ điều này xảy ra ở một trong mười nghìn phân rã. Tức là, cần phải tạo ra một triệu boson Higgs để tích lũy một trăm phân rã thành hai cặp lepton. Và nó đã được thực hiện.

Có thể đo năng lượng và hướng phát xạ (do đó, động lượng) của một electron hoặc muon tích điện có độ chính xác cao hơn nhiều so với trường hợp của photon. Với mục đích này, detector có từ trường mạnh: độ cong của quỹ đạo của hạt tích điện trong từ trường làm cho nó có thể xác định động lượng của nó (cũng như dấu hiệu của điện tích).Ngoài ra, các lepton năng lượng cao bị cô lập được sinh ra rất ít, và thậm chí nhiều hơn số lượng tứ giác của lepton cô lập (cô lập, nghĩa là, bên ngoài máy bay phản lực hadron) là nhỏ. Do đó, nền cho phân rã thành bốn lepton là nhỏ.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu tại LHC đã lựa chọn các sự kiện trong đó khối lượng bất biến của một cặp lepton có ký hiệu ngược lại bằng khối lượng Z-boson (Higgs phân rã thành Z thực và ảo Z), thậm chí còn có nền ấn tượng hơn. Nhưng sự phân rã thành bốn lepton thực ra không tốt hơn phân rã thành hai photon, vì xác suất phân rã thành hai photon cao hơn nhiều, các lỗi trong phép đo của nó được bù đắp bởi nhiều số liệu thống kê.

Tại sao boson Higgs mới được phát hiện gần đây

Có hai trường hợp. Đầu tiên, hạt mong muốn là nặng. Vì vậy, bạn cần một máy gia tốc cho năng lượng cao. Thứ hai, nó là cần thiết để có một cường độ chùm lớn để số lượng va chạm là đủ. Các nhà vật lý sử dụng độ sáng từ, phản ánh số va chạm trên một đơn vị thời gian. Bạn phải có rất nhiều va chạm.

Mọi thứ dường như là bình thường với năng lượng, bởi vì trước khi Large Hadron Collider, Tevatron đã làm việc – người va chạm ở Mỹ. Ông có 2 TeV tổng năng lượng.Nó có vẻ không tệ, bởi vì boson Higgs là 125 GeV. Về nguyên tắc, về mặt năng lượng, Tevatron có thể tạo ra boson Higgs. Nhưng anh ta không đủ độ sáng. Anh ta không có đủ boson Higgs.

Một vài từ về BAC

Large Hadron Collider là một cấu trúc đáng chú ý ở mọi khía cạnh. Đây là một ổ đĩa gia tốc siêu dẫn, nằm dưới lòng đất. Chiều dài của vòng của nó là 27 km, và toàn bộ vòng bao gồm các nam châm giữ các proton trong vòng này, các nam châm siêu dẫn. Vào thời điểm đó, khi BAC được xây dựng, đó là thành tựu công nghệ cuối cùng. Bây giờ có những nỗ lực khá thành công để có được một từ trường mạnh hơn trong các nam châm. Nhưng vào thời điểm đó, nó là nhất. Nói chung, mọi thứ đang được thực hiện có đỉnh cao của công nghệ hiện đại, ở chính khả năng của con người.

Đầu tiên, LHC tăng tốc proton với tổng năng lượng 7 TeV, sau đó – 8 TeV. Mỗi proton, va chạm, có năng lượng 4 TeV. Bắt đầu hoạt động ổn định vào năm 2010 với năng lượng 7 TeV, năm 2011, UAC chuyển sang năng lượng 8 TeV, và năng lượng dự kiến ​​của nó là 14 TeV. Bây giờ, vì lý do kỹ thuật khôn ngoan, chưa đạt đến 14 TeV; từ năm 2015, máy gia tốc đã hoạt động với tổng công suất 13 TeV.Độ sáng của anh ấy rất cao bởi tất cả các tiêu chuẩn, các chuyên gia tại CERN, tất nhiên, là những bậc thầy vĩ đại. Và sự va chạm thực sự của các hạt xảy ra ở bốn nơi, chúng tôi quan tâm đến hai trong số chúng, nơi có các máy dò tìm ATLAS và CMS. Một cái gì đó như thế này là một CMS trông như thế nào – một solon muon nhỏ gọn (Hình 4).

Hình 3 ATLAS (ảnh từ cds.cern.ch) Hình 4 Nhỏ gọn muon solenoid (CMS từ tiếng Anh. Compact Muon Solenoid)

Cực đoan nhất là buồng muon, cho phép bạn ghi lại và đo các thông số của muon bay qua toàn bộ máy dò, chớp qua nó. Tất cả điều này được bao bọc trong từ trường để đo động lượng của nó bằng độ cong của chuyển động của hạt.

ATLAS – thậm chí nhiều hơn. Đây là một ngôi nhà nhiều tầng như vậy, hoàn toàn bị tắc với thiết bị.

Các máy dò này đo năng lượng, xung, hướng chuyển động của các hạt, xác định xem đó là một electron, photon, muon hay một hạt tương tác mạnh như proton hay neutron, tất cả đều có chữ ký của chúng.

Một câu chuyện thú vị riêng biệt được kết nối với cách các nhóm các nhà vật lý được sắp xếp – các hợp tác liên quan đến vấn đề này. Rõ ràng là để phát triển một cỗ máy khổng lồ như vậy, tạo và duy trì, loại bỏ và xử lý dữ liệu, hãy đảm bảo rằng không có gì hư hỏng, tìm kiếm các sự kiện và hiện tượng thú vị khác nhau, chúng ta cần những đội lớn.Họ tập hợp khắp nơi trên thế giới. Một con số đặc trưng là 3,5 nghìn nhà vật lý trong mỗi hợp tác, trong ATLAS và CMS. Các nhóm này là quốc tế: ngoài các chuyên gia châu Âu từ Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Nga, vv, tổng số tổ chức là khoảng 200; 150-200 trong mỗi cộng tác. Thật tuyệt khi đây là một hệ thống tự tổ chức. Đây là một hệ thống được tổ chức "từ bên dưới", đã có "những người cha sáng lập" của riêng họ, những người trong những năm 1990 dần dần quay lại với các nhà vật lý quan tâm. Một số lượng lớn người tụ tập, nhưng không có nhà lãnh đạo, ngoại trừ những người được bầu, họ đều được chia thành các nhóm, các nhóm nhỏ chịu trách nhiệm cho mỗi nhóm, tất cả đều được sắp xếp. Mặc dù thực tế rằng họ là những người của các nền văn hóa khác nhau, tất cả đều hoạt động. Đừng cãi nhau, không gặm nhấm lẫn nhau.

Phải nói rằng Nga có thể tự hào và tự hào rằng chúng tôi đang tham gia vào tất cả các hoạt động này. Tại CERN và xung quanh nó, mọi người hoàn toàn hiểu và nhấn mạnh: sự đóng góp của Nga là khá đáng kể và nghiêm túc. Một phần đáng chú ý của máy gia tốc đã được thực hiện ở Novosibirsk. Một phần quan trọng của các yếu tố của máy dò cũng được thực hiện với chúng tôi. Và những người tham gia của chúng tôi rất nhiều, từ các thành phố khác nhau, các tổ chức khác nhau.Khoảng về tiền bạc, tài nguyên và con người, Nga chiếm 5-7% các máy dò CERN (tùy thuộc vào máy dò cụ thể). Điều này khá bình thường đối với đất nước chúng ta.

Tại sao chúng ta cần boson Higgs

Chúng ta hãy chuyển sang phần lý thuyết, có lẽ hơi nhàm chán và buồn tẻ, nhưng có vẻ với tôi là hữu ích để hiểu và giải thích, ít nhất là về mặt chất lượng, tại sao nó là Engler, Braut và Higgs đột nhiên quyết định rằng phải có một hạt mới. Chính xác hơn, Higgs quyết định rằng phải có một hạt mới, và Engler và Braut đã đưa ra một trường boson.

Trước hết, chúng ta phải nhớ rằng mọi hạt được liên kết với một trường. Một hạt luôn là một lượng tử của một trường nhất định. Có một trường điện từ, sóng điện từ và một photon – lượng tử của trường điện từ được liên kết với chúng. Ở đây nữa: boson Higgs là một lượng tử của một trường nhất định. Bạn có thể hỏi: tại sao chúng ta cần một lĩnh vực mới? Engler và Braut nhận ra nó trước tiên.

Ở đây chúng ta phải đi một chút sang một bên. Thế giới được cai trị bởi tất cả các loại đối xứng. Ví dụ, thời gian không gian, liên quan đến những thay đổi về thời gian và không gian: vật lý của ngày mai cũng giống như ngày hôm qua, vật lý ở đây cũng giống như ở Trung Quốc. Các định luật bảo toàn năng lượng và động lượng được kết hợp với các đối xứng này.Ngoài ra còn có ít rõ ràng hơn, từ quan điểm của kinh nghiệm hàng ngày của chúng tôi, đối xứng – nội bộ. Ví dụ, trong điện động lực học có đối xứng, dẫn đến luật bảo tồn điện tích. Nó không hiển thị, ngoại trừ trên các công thức, nhưng nó được. Cùng với luật bảo tồn năng lượng, đối xứng này cấm electron bị phân rã. Điều đáng chú ý là cùng một đối xứng cấm một photon có khối lượng, và nó thực sự không có nó. Gluons cũng không có khối lượng vì cùng một lý do – chúng bị cấm có đối xứng khối lượng liên kết với "màu". Quark được tính với "màu", và gluon được gắn với "màu", giống như photon được sạc.

Nhưng các hạt chịu trách nhiệm cho các tương tác yếu – các boson W và Z – là rất lớn. Vấn đề là chúng rất giống với photon: một electron có thể được phân tán bởi một electron, trao đổi một photon và có thể là một boson Z. Các quy trình rất giống nhau, tôi muốn gán các tương tác yếu với đối xứng cùng kiểu mà chúng có điện từ (gọi là đối xứng đo), nhưng khối lượng của các sóng mang W và Z tương tác yếu – không cho phép điều này, nó phá vỡ đối xứng đo.

Tại sao sự đối xứng xinh đẹp này lại bị phá vỡ? Hóa raĐây là một hiện tượng khá phổ biến trong tự nhiên: nhiều đối xứng tồn tại trong các định luật chính của thiên nhiên, nhưng chúng bị vi phạm trong vũ trụ thực. Hiện tượng này được gọi là "phá vỡ đối xứng tự phát".

Hãy tưởng tượng rằng bạn và tôi là những người nhỏ sống trong một nam châm vĩnh cửu, trong một miếng sắt từ hóa. Chúng tôi tiến hành một thí nghiệm với các electron: chúng tôi có cặp electron-positron (chúng tôi có một máy gia tốc nhỏ ở đó, chúng tôi phát ra các electron). Vì vậy, các electron bay trong một nam châm không theo một đường thẳng. Do thực tế là có một từ trường, chúng "vết thương" trên nó và bay trong một vòng xoắn ốc. Chúng tôi đo lường chúng và nói: guys, chúng tôi có một hướng chuyên dụng, thế giới của chúng tôi không phải là đẳng hướng, chúng tôi có một trục chuyên dụng mà trên đó các electron bị thương.

Nhưng nếu chúng ta là những nhà lý thuyết thông minh, thì chúng ta sẽ đoán rằng điểm đó không phải là không gian có một hướng chuyên dụng, nhưng có một từ trường trong không gian này. Chúng ta sẽ hiểu: nếu chúng ta có thể loại bỏ từ trường này, thì trong không gian tất cả các hướng sẽ bằng nhau. Chúng tôi sẽ quyết định rằng có sự đối xứng liên quan đến luân chuyển, nhưng nó bị phá vỡ bởi thực tế là có một từ trường trong không gian.Và nếu chúng ta thậm chí còn là những nhà lý thuyết thông minh hơn, thì nhận ra rằng có một lĩnh vực mới cung cấp sự phá vỡ đối xứng, họ nói rằng cần có lượng tử của nó. Và họ đã dự đoán được một photon. Và chính xác sẽ có dự đoán! Đối xứng có thể bị phá vỡ nếu có một trường bị tràn vào không gian làm vỡ đối xứng này.

Và điều này là chính xác những gì xảy ra trong vật lý của thế giới vi mô. Với một số khác biệt. Sự khác biệt là đối xứng không phải là không gian, không liên quan đến phép quay không gian, như trong một nam châm, nhưng bên trong. Và chúng ta không có sắt ở đây, sự đối xứng này bị phá vỡ ngay trong chân không. Cuối cùng, không giống như từ trường, ở đây bạn cần một lĩnh vực mới. Đây là lĩnh vực Engler, Broute và Higgs, cung cấp cho sự vi phạm này. Và sự tinh tế là từ trường là một vectơ, nó có một hướng, nhưng trường này phải là một vô hướng để không phá vỡ tính đối xứng đối với các phép quay không gian. Nó không nên được gửi đi bất cứ đâu. Một hạt của trường này phải có spin bằng 0.

Một bức ảnh như vậy đã được đề xuất và mặc quần áo trong các công thức của Engler và Braut, sau đó bởi Higgs. Nhưng Engler và Braut bằng cách nào đó đã không chú ý đến thực tế rằng lý thuyết của họ dự đoán một hạt mới.Và Higgs, người đã xuất bản tác phẩm của mình một chút sau đó, đã thu hút sự chú ý đến điều này, và theo lời đề nghị của nhà phê bình, người hỏi liệu Higgs có bất kỳ điều mới nào trong bài báo mà Engler và Braut không nói đến hay không. Higgs suy nghĩ và suy nghĩ và tuyên bố rằng phải có một hạt mới. Do đó, nó được gọi là "boson Higgs."

Tiếp theo là gì?

Cho đến nay, tất cả mọi thứ đã được "trong sức khỏe." Nhưng câu hỏi vẫn còn. Một mặt, hình ảnh với boson Higgs là nhất quán. Chính thức, mọi thứ có thể được tính toán, mọi thứ có thể được tính toán, có các tham số đã biết của lý thuyết này – hằng số liên kết, khối lượng. Nhưng sự hài lòng cuối cùng của bức tranh này không mang lại. Và một trong những nơi quan trọng nhất ngăn cản các nhà vật lý ngủ ngon là trong tự nhiên có quy mô tương tác năng lượng rất khác nhau.

Tương tác mạnh giữa các quark và gluon có quy mô đặc trưng riêng. Điều này, gần như nói, là khối lượng của proton – 1 GeV. Có một tỷ lệ tương tác yếu, 100 GeV (khối lượng của W, Z, Higgs boson). Và quy mô này chính xác là quy mô của trường Higgs – xấp xỉ 100 GeV. Và nó sẽ không là gì, nhưng vẫn có khối lượng Planck – quy mô hấp dẫn. Mà đã là 1019 GeV. Và, tất nhiên, nó đã rất lạ: loại lịch sử này là gì, tại sao những vảy này lại khác nhau đến vậy?

Không có vấn đề như vậy với quy mô của các tương tác mạnh mẽ: có một cơ chế để hiểu sự khác biệt giữa quy mô này và hấp dẫn (tốt, ít nhất, loại bỏ sự bối rối của chúng ta dưới thảm). Nhưng với quy mô của boson Higgs thì trường hợp là xấu. Tại sao Bởi vì, trên thực tế, trong tự nhiên có một chân không – một trạng thái không có hạt. Và đây không phải là một sự trống rỗng tuyệt đối chút nào – theo nghĩa là các quá trình ảo diễn ra mọi lúc trong chân không: sự hủy diệt sinh của các cặp hạt và biến động của các trường. Cuộc sống luôn luôn ở đó. Tuy nhiên, vì đây là một chân không và không có hạt trong đó, điều này không trực tiếp nhìn thấy chúng ta. Và gián tiếp – rất nhiều trong tầm nhìn. Ví dụ, các quá trình sinh của các cặp ảo ảnh hưởng đến các thuộc tính của các nguyên tử, thay đổi mức năng lượng của chúng. Đây là một sự thay đổi Lamb được biết đến dài tính toán vào những năm 1930 và được đo vào những năm 1940. Hiệu ứng thường không mạnh lắm. Sự thay đổi Lamb này của các mức nguyên tử chỉ là một phần nhỏ của một phần trăm.

Nhưng có một nơi mà chân không "bắn" 100%. Đây chỉ là khối lượng của boson Higgs. Nó chỉ ra rằng nếu bạn bắt đầu tính đến sự ra đời và phá hủy của các hạt ảo và ngây thơ cố gắng tính toán – bao nhiêu quá trình này đóng góp cho khối lượng boson Higgs – sau đó đảm bảo rằng những hiện tượng này có xu hướng kéo khối lượng boson Higgs vào khối Planck. Chúng ngăn cản boson Higgs không bị ánh sáng.

Và đây thực sự là một điều khủng khiếp. Tôi thực sự muốn hiểu tại sao bản chất thực tế lại là quy mô điện yếu quá nhỏ so với quy mô hấp dẫn19 GeV. Điều này có thể được giải thích bởi thực tế là chúng ta không biết nhiều về vật lý ở những năng lượng không phải là rất cao, ở những năng lượng có quy mô 1 TeV. Thực tế là nếu vật lý thay đổi trên thang đo teraelectronvolt, thì có lẽ phép lạ xảy ra ở đó: vì một lý do nào đó, ảnh hưởng của chân không nhỏ, không đáng kể. Một ý tưởng như vậy. Có lẽ LHC vẫn chưa khám phá ra mọi thứ, và phải có những hiện tượng mới có sẵn cho nó. Năng lượng của anh ta, tôi nhớ lại, là 14 TeV. Đúng, sự va chạm này của một proton với một proton. Quark với một quark có năng lượng va chạm ít hơn khoảng sáu lần. Do đó, quy mô thực sự của năng lượng đang được nghiên cứu bởi BAC là 2-3 TeV. Tuy nhiên, đây là cùng một quy mô mà trên đó (như chúng ta muốn) một vật lý mới, hiện tượng vật lý hoàn toàn mới có thể xuất hiện.

Và tôi phải nói với bạn rằng trong thực tế tình hình bây giờ rất câm. Bởi vì LHC đã làm việc gần như trên năng lượng thiết kế của nó – 13 TeV, nó hoạt động hoàn hảo vào năm 2017, và bây giờ công việc này vẫn tiếp tục.Và trong khi không có – không! – dấu hiệu của vật lý mới này, mà tất cả chúng ta đều hy vọng. Tất cả những cân nhắc này, về điều tôi đang nói với bạn, không được xác nhận. Hoặc là không đủ độ sáng, không đủ va chạm, không đủ số liệu thống kê. Hoặc một cái gì đó ở đây là hoàn toàn khác nhau, và tất cả những điều này khá thuyết phục, nhưng không hoàn toàn là sắt, lập luận có thể sai.

Điều gì có thể là vật lý mới? Hy vọng rất cao là trên siêu đối xứng. Nó là đáng chú ý ở chỗ nó là một lý thuyết trong đó có một đối xứng bổ sung so với tất cả những người được biết đến. Nó liên kết các hạt với spin và boson nguyên và nửa nguyên. Ngẫu nhiên, sự đối xứng này được các nhà lý thuyết đưa ra ở Moscow, tại FIAN, vào những năm 1970.

Trong bối cảnh vật lý hạt cơ bản, điều này có nghĩa như sau: nếu bạn có quark với spin 1/2, thì nó phải có một đối tác, mà quark vô hướng được gọi mà không suy nghĩ hai lần – “squark” với spin 0. electron phải có electron đối tác , một photon như một đối tác nên có một photino với spin 1/2, cho một gluon – một gluino, cho một graviton – một gravitino.

Ngoài gravitino, tất cả các hạt này, nếu chúng là ánh sáng, phải được sinh ra tại Large Hadron Collider.Nói chung, các nhà giả cho biết điều này: LHC sẽ bật – và điều đầu tiên cần làm là không tìm thấy boson Higgs, mà là siêu đối xứng. Và ý kiến ​​này đã được chia sẻ không chỉ bởi nhiều nhà lý thuyết, mà còn bởi các nhà thực nghiệm nghèo, những người đã được lý thuyết hóa bởi các nhà lý thuyết. Tuy nhiên, siêu đối xứng vẫn không mở, chỉ có những hạn chế về khối lượng của các hạt trên. Nói chung, dường như không có sự siêu đối xứng tồn tại trong tự nhiên ở những năng lượng không cao.

Hình 5 Đề án của Large Hadron Collider (ảnh từ cds.cern.ch)

Tại sao siêu đối xứng tốt? Nó chỉ ra rằng sự đóng góp của các hạt ảo cho khối lượng boson Higgs có các dấu hiệu khác nhau cho các spin khác nhau. Với siêu đối xứng, các đóng góp boson và fermion bị giảm xuống 0, và nếu bạn có photon và photino hoặc W boson và rượu vang thì đóng góp của chúng cũng giảm xuống còn 0. Nếu khối lượng của các hạt và siêu nhân của chúng khác nhau – và điều này đúng, không có electron vô hướng nào có khối lượng tương tự như electron, chúng ta biết điều này chắc chắn – thì sự giảm này không xảy ra bằng không. Nhưng nếu khối lượng của các siêu bên trong vùng teraelectronvolt, thì nó chỉ ra rằng những đóng góp này có quy mô hàng trăm gigaelectronvolts, và sau đó mọi thứ đều ổn. Nhưng điều này không còn hoạt động nữa.Đã có, các giới hạn về khối lượng này rất mạnh đến nỗi cơ chế giảm này không hoạt động hoàn toàn, không phải để có được 100 GeV. Nếu nó là ngây thơ để tính toán, sau đó một cái gì đó như 500-700 GeV cho khối lượng boson Higgs nên bật ra. Vì vậy, bây giờ tình hình với việc tìm kiếm siêu đối xứng là rất căng thẳng.

Có những kịch bản: ví dụ, boson Higgs có thể được tổng hợp, không nhất thiết là tiểu học. Và nói chung, trong vật lý của phương tiện truyền thông ngưng tụ, tương tự của cơ chế Higgs được biết đến, và có sự tương tự của boson Higgs hoặc trường Higgs không phải là tiểu học, mà là tổng hợp. Ví dụ nổi tiếng nhất là tính siêu dẫn. Trong chất siêu dẫn, một photon dường như có khối lượng, đây là cái gọi là hiệu ứng Meissner. Lý thuyết Engler-Braut-Higgs gần như là một lý thuyết Ginzburg-Landau một đã được đề xuất mười năm trước khi Engler-Braut-Higgs.

Nếu boson Higgs là composite, thì mọi thứ thay đổi, và những đóng góp to lớn từ sự tương tác với chân không biến mất, kích thước của hệ thống composite, giống như của một proton, xuất hiện. Nếu kích thước này là 10-18 cm, thì năng lượng tương ứng của hệ thống là hợp lý, trong khi cấu trúc bên trong vẫn không thể phân biệt được.Các mô hình như vậy có những dự đoán riêng của chúng, nhưng một lần nữa, cho đến nay không có gì giống như một máy gia tốc có thể nhìn thấy được.

Có lẽ chúng ta không hiểu một cái gì đó mạnh mẽ, các nhà lý thuyết đã không nghĩ nhiều về một cái gì đó, đã không phát hiện ra nó trong đầu của họ. Tất nhiên, tại Large Hadron Collider có một chương trình tìm kiếm các hiện tượng mới không dựa trên các dự đoán lý thuyết. Chúng tôi sẽ tìm kiếm nơi chúng tôi có thể, "nơi có đèn" – theo họ chúng tôi sẽ tìm kiếm. Và chúng tôi sẽ cố gắng tìm sự khác biệt từ Mô hình Chuẩn bất cứ nơi nào nó có thể được thực hiện. Cho đến bây giờ, không có gì về điều này, và Mô hình Chuẩn hoạt động rất tốt.

Tóm lại, tôi sẽ nói: bây giờ chúng ta đang ở một giai đoạn rất thú vị trong sự phát triển của vật lý hạt cơ bản. Một mặt, có sự tự tin rằng Mô hình Chuẩn không phải là toàn bộ câu chuyện. Vẫn còn nhiều bằng chứng rõ ràng từ vũ trụ rằng Mô hình Chuẩn chưa hoàn chỉnh – trước hết là vật chất tối: trong Vũ trụ có những hạt lớn tạo nên vật chất tối, khối lượng của chúng lớn gấp năm lần vật chất thông thường.

Bây giờ là một tình huống mà vật lý hạt cơ bản đã trở thành một khoa học thực nghiệm.Trong những năm 1950-1960, lĩnh vực vật lý này là một khoa học thử nghiệm, khi các thí nghiệm được thực hiện, kết quả của họ đã được hiểu và các lý thuyết được tạo ra. Tuy nhiên, trong toàn bộ cuộc đời trưởng thành của tôi, mọi thứ đều ngược lại: các nhà lý thuyết đưa ra dự đoán, và các nhà thực nghiệm đã xác nhận chúng. Bây giờ chúng ta lại đến một tình huống mà chúng ta hoàn toàn gắn liền với thí nghiệm, không biết nó sẽ cho chúng ta thấy điều gì. Chúng tôi đang chờ đợi, chúng tôi đang nắm giữ ngón tay của chúng tôi với một cây thánh giá, nhưng cho đến nay không có gì thú vị được hiển thị cho chúng tôi. Bên cạnh boson Higgs …

Những gì vật lý mới sẽ xuất hiện cuối cùng, chúng tôi cũng không biết. Vì vậy, tình hình là thú vị, một phát hiện quan trọng đã được thực hiện, nhưng không ai có thể nói ngày hôm nay những gì phát hiện tiếp theo sẽ được. Có lẽ điều này là tốt, nó làm cho chúng ta căng thẳng và suy nghĩ, và các nhà thực nghiệm tìm kiếm những hiện tượng mới. Tôi hy vọng rằng những tìm kiếm này sẽ thành công.

Bài giảng video


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: