No Higgs is good Higgs! – Что делать, если нет бозона Хиггса?

Original author: Pauline Gagnon
  • Translation
Предлагаю вашему вниманию перевод недавнего сообщения из блога Quantum Diaries авторства Pauline Gagnon. Надеюсь, он поможет унять споры о необходимости строительства 27-километровой махины и отсутствия результатов до сих пор. Кроме того, приглашаю желающих присоединиться к LHC@home и посодействовать появлению этих самых результатов.


Многое было сказано о бозоне Хиггса – преимущественно, насколько круто было бы его найти. Но что, если мы так и не найдем его? На самом деле, и это будет великим открытием.

Нахождение бозона Хиггса или опровержение теории его существования будут одинаково полезны, как напомнил аудитории недавней конференции International Europhysics Conference of High Energy Physics президент CERN («CERN Director General» – глава некоммерческой организации) Rolf Heuer. Любой результат принесет удовольствие: ведь работа выполнена! Но исключение бозона Хиггса (или хотя бы одного из видов, предсказанных Стандартной Моделью – нашей текущей теоретической моделью) направит ученых-теоретиков в правильное русло. Ведь нам нужен не столько бозон Хиггса, как таковой, сколько понимание, как это все работает.


Бозон Хиггса – это простейшее разрешение механизма (процесса) Брута-Энгерта-Хиггса (или просто – механизма Хиггса) – математического трюка, названного в честь ученых, разработавших его. Это то, что нам нужно, чтобы обеспечить массой все элементарные частички (электроны, кварки и все тяжелые бозоны, которые мы наблюдали здесь в CERN или где-либо еще, – а именно, W и Z бозоны). Без этого механизма уравнения, которыми мы в данный момент описываем элементарные частицы, генерируют только безмассовые частицы. Но мы знаем, что эти частицы имеют массу, что подтверждено бесчисленное число раз в наших детекторах.

Механизм Хиггса также решает другую фундаментальную проблему нарушения нормировки (unitarity violation). В двух словах, «унитарность» в данном контексте означает нормировку всех вероятностей на единицу. Представьте мешок с шариками трех разных цветов. Допустим, 20% красных и 50% желтых. И я не обязан называть вам остаток зеленых шариков, которых 30%. Каждый может это «угадать». Но если нормированность нарушается, зеленых шариков может быть не 30% и в сумме будет не 100%. Можно подумать, что наши шарики закатились за ролики (в оригинале тут используется игра слов «marble» (шарик) и «losing marbles» (сходить с ума) ).

Это именно то, что происходит со всеми возможными путями распада частиц, когда мы рассматриваем их при высоких энергиях. Механизм Брута-Энглерта-Хиггса стабилизирует эту ситуацию и привносит в нее минимальное здравомыслие. Без него все известные уравнения, что описывают мир элементарных частиц, перестают работать.

Поэтому теоретики настолько уверены, что мы на грани открытия чего-то нового в Большом Адронном Коллайдере. Этот новый ускоритель достаточно мощен, чтобы привести к энергетическом режиму, когда начинают нарушаться уравнения. Таким образом, мы на грани открытия новых частиц, связанных с областями теории, которые мы до сих пор не имели возможности изучить. Они необходимы, чтобы стабилизировать теоретический каркас, которым мы описываем природу. Мы знаем, что что-то упущено, но мы не слишком знаем, чем может быть это «что-то».

Сейчас существует множество моделей, которые соблюдают нормировку и объясняют происхождение массы. Это необязательно бозон Хиггса Стандартной Модели. Просто он – простейшее объяснение. Это может быть нечто более сложное, как «Technicolor» (модели, которые ссылаются на нарушение симметрии электрослабого взаимодействия) или дополнительные измерения. Таких теорий множество, мы просто должны двинуться в нужном направлении. И то, что мы откроем с помощью наших детекторов, откроет, какая теория была правильной.

Открытие бозона Хиггса или его не-открытие скажут нам, куда идти.



И, по традиции,

важные комментарии


Вопрос «а при чем тут Хабр» уже был задан и qrazydraqon ответил на него даже лучше меня:
qrazydraqon #
Народ принимает участие в работе LHC@home (это уж точно IT, да?), и ему, конечно же, интересно, не впустую ли. Вот и [умеренно] подробное пояснение, что вне зависимости от конечного ответа, результат будет чрезвычайно полезен для науки.

nagimov #
Мне кажется, более наглядно показать, что энергия в 7 ТэВ приблизительно равна кинетической энергии летящей мухи =)

sly2m #
А мне все-таки кажется, что темная материя существует.

Вот на счет темной энергии — он же неуловимый эйнштейновский лямбда-член, да, мысли у меня точно такие же как у вас по поводу темной материи. Мне кажется что темная энергия, так необходимая современным астрофизикам, на массу которой они полагают сегодня 70% массы Вселенной — это проявление какого-то (дальше идут образные, «ненаучные» термины) эффекта искривления пространства в гигантских масштабах, или проявления некого закона или силы природы, действующих на масштабах галактик, и нами, пока, совершенно неизмеримых.

sly2m #
В «сопоставимых размерах» это еще мягко сказано. По современным понятиям видимая материя составляет лишь 4% от общей массы Вселенной. Темная материя занимает 22%, а темная энергия все 74%.
[… ]
Мне тоже кажется, что-то тут не так. Не иначе как власти скрывают неучтенную материю от населения…

alexkolzov #
А вот мне не очень верится в правильность теории Хикса. Вообще несмотря на мою большую любовь к квантовой механике, Стандартная Модель содержит неправдоподобно большое (на мой взгляд) количество элементарных частиц. Слабо верится, что природа так сложна на фундаментальном уровне.

alexkolzov #
[...]
А относительно нахождения — так частицы, собственно, обычно и не «находят» непосредственно, их вычисляют исходя из принципов сохранения и симметрии.
Ads
AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

More

Comments 75

    +11
    По поводу игры слов — сравнительно адекватным переводом выглядит «Может показаться, что шарики закатились за ролики»
      0
      Принято!
        –8
        Лично я, в данной формулировке я фразу бы совершенно не понял и подумал мы, что перевод просто кривой. Статья всё-таки научно-популярная, а не развлекательно-хохотушная, так что смысл важнее формы.
          +11
          Тут и у автора хохотушка – некуда деваться :)
            –3
            Авторская хохотушка скорее всего будет понятна англоговорящему, а вот эти «шарики за ролики» поймёт далеко не каждый русскоговорящий. Т.е. речь шла не о том, что не нужно пытаться обыграть игру слов, а о том что в первую очередь при переводе научно-популярных статей нужно заботиться о смысле, а не о художественности.
            В любом случае, т.к. вы оставили примечание, которое объясняет смысл, то всё нормально и у меня претензий нет.
              0
              На то и я надеялся
                +3
                Вот несогласен. Хорошо переведенная игра слов помогает поддерживать тон статьи, заданный автором. Часто можно видеть развязную и свободную статью в оригинале которая превращается в сухой неинтересный текст.

                В данном случае даже по названию можно понять, что статья научно-популярная с долей шуток-прибауток. Поэтому переводить её исключительно по смыслу было бы не правильно.

                С другой стороны перевод с роликами тоже ввел в меня в ступор изначально, быть может вообще не стоило пытаться переводить это предложение попыткой поиграть словами, а вставать просто что-то с претензией на шутку. Быть может вида «куда же подевались наши шарики». По-моему изначальный смысл про «потерю шариков» был важнее смысла «сойти с ума», хотя тут на каждый вкус фломастеры разные.
                  0
                  Главное, статья о судьбе Стандартной Модели и теоретической физики в целом, а мы о идиомах английского языка больше всего спорим :)
                    +2
                    Ну так если нечего сказать по теме, надо же обязательно вставить свой Важный Комментарий про перевод. Мы на хабре или где? :)
            +1
            Тут подсказывают «на этих шариках и съехала моя крыша». Хотя в обоих переводах исчезает игра слов про пропажу шариков :(
          • UFO just landed and posted this here
              +1
              Будет известно, что при данных энергиях не происходит предсказываемого процесса, или он не происходит так как надо. Отсюда и будут делаться выводы о верности/не верности теорий.
              • UFO just landed and posted this here
                  +1
                  С энергией 14 ТэВ ищут уже больше 10 лет?
                  А так да, выжмут из LHC что смогут и начнут проектировать новый более мощный и чувствительный инструмент (например ILC). Прогресс и наука, однако.
                    0
                    Даже если ничего не найдут, те технологии, которые были отработаны в процессе сверхточного строительства и настройки, очень скоро пойдут в промышленность учавствовавшихся стран. Думаю, это была стройка века :)
                      –1
                      Стройка века — термоядерный реактор. И сверхточные технологии распиливания бабла и затягивания сроков отработанные на строительстве в России используются уже много лет.
                        0
                        С реактором пока еще не известно, заработает ли. Перпектива очень заманчивая, ресурсы неисчерпаемые, невозможна неконтролируемая реакция – но меня волнуют детали реализации. Коллайдер ведь тоже совсем не с первого раза вышел на свою мощность.
                          0
                          ресурсы неисчерпаемые


                          Когда я слышу выражение «неисчерпаемые ресурсы», я хватаюсь за пистолет вспоминаю реплику своего друга в эпоху стогигабайтовых винчестеров: «Ты что, думаешь, я не смогу забить терабайт?» А ещё я помню время, когда менее чем гигабайтовый винт был большим шагом вперёд.
                            0
                            Когда я слышу про водород, я вспоминаю один факт о нем: www.wolframalpha.com/input/?i=hydrogen+universe+abundance&lk=1&a=ClashPrefs_*Element.Hydrogen.ElementProperty.UniverseAbundance-
                              0
                              Вы считаете, не осилим?
                                0
                                У меня есть такая надежда. Да и генерироваться он будет гораздо быстрее, чем мы способны его портить.
                                  0
                                  Генерироваться? Как, из чего?
                                0
                                Во Вселенной-то — да. Но до водорода во Вселенной ещё добраться надо, а пока мы лимитированы тритием и на Земле. А мировое энергопотребление растёт на 20 % за десять лет, так что всего через каких-нибудь 320 лет оно — при сохранении темпов, разумеется,— сравняется с общим объёмом энергии, получаемым Землёй от Солнца. Не стану сопоставлять с запасами трития и дейтерия на Земле, потому что и так ясно, что эти показатели когда-нибудь вполне могут стать сопоставимыми.
                      +3
                      При данных энергиях они еще никогда не искали. 7 TeV = 1.12 mJoul на одну частицу. Умножьте хотя бы на число Авогадро и поделите на теплоемкость воды – сможете посчитать, сколько литров можно нагреть 1 граммом.
                        +4
                        Мне кажется, более наглядно показать, что энергия в 7 ТэВ приблизительно равна кинетической энергии летящей мухи =)
                          +1
                          Но тогда надо объяснять, что 7 ТэВ выйдет, если летящую муху расщепить?)
                            +2
                            Не нашел константы «теплота сгорания мухи». Подбиваете меня сжечь муху?)
                              +2
                              Вроде того. Навскидку, муха лети не быстро и весит немного. И от столкновения с сотней-другой я не пострадаю. А вот под пучек протонов лично я лезть не рекомендую :)
                                +1
                                Напомнило:
                                «Когда сталкиваются 2 дварфа, один из них падает. 0.1% что будет перелом. Что будет, если через дварфа перебежит 100 котов?»
                                www.dfwk.ru/index.php/DF2010:Catsplosion
                                  0
                                  Если муха будет сделана из антиматерии и сможет эмм… раскрыть свой потенциал при столкновении с вами, то еще неизвестно что лучше
                                    0
                                    Муха из антиматерии xD
                                    Это надо срочно нарисовать на ватмане и повесить на стене. Almight Antimatter Fly: She came for your particles
                            0
                            подскажите не_физик_куну, сколько же литров-то в итоге? :)
                              0
                              www.wolframalpha.com/input/?i=1.12+*+10^%28-3%29+*+6.02+*+10^%2823%29+%2F+4200+%2F+100

                              Если я эпически не слажал, то это количество литров воды, которые нагреет на 100 градусов 1 моль протонов (около 1г, как и водород – электроны легкие и мы на них забьем). Можно, рассчитать, сколько воды они испарят, но уравнение будет чуть сложнее. На пол пальца сложнее :)

                              Для справки, 1 моль протонов это 6.02 * 10^23 штук. По количеству частиц это как количество атомов в 12 г карбона.

                              И каждый из этих протонов при такой энергии весит в 7500 раз больше своей массы покоя.
                      –24
                      Было интересно прочесть, но, простите, какое это имеет отношение к IT-тематике Хабра?
                        +24
                        Я ждал этого вопроса :)

                        Ровно такое же, как и фейнмановские лекции по физике или дудл о Ферма или пост о «нанороботах». На хабрахабре собираются люди, заинтересованные не только автоматизации чего-либо посредством программирования. Поиски бозона – глобальный тренд современной науки. И программирование в ней занимает совсем не последнюю роль – данных ведь с коллайдера петабайты приходят! Я уверен, многим это интересно. Как видите, и вам
                          +31
                          О да, лучше еще 100500 статей про выход версии 12.34 какого-нибудь никому не нужного линукса или очередные споры/сделки ит-гигантов.
                          • UFO just landed and posted this here
                            +3
                            Народ принимает участие в работе LHC@home (это уж точно IT, да?), и ему, конечно же, интересно, не впустую ли. Вот и [умеренно] подробное пояснение, что вне зависимости от конечного ответа, результат будет чрезвычайно полезен для науки.
                              0
                              Я не сказал бы лучше :)
                            +5
                            Что это за термин такой «едЕница»? =)
                              +13
                              Это такой очень узкоспециальный термин. Заменю на общепринятый, раз аудитория с ним не знакома :)
                              +4
                              Account creation is currently disabled. Please try again later. И так с того момента как объявили об открытии проекта для всех. ЧЯДНТ?
                                +2
                                К несчастью, «Yesterday we reached nearly 8000 registered volunteers, which saturated our server. So we had to put further eager participants on hold while we sorted out how to handle this huge amount of support.»

                                Я тоже не смог подключиться. Пока посчитываю для Einstein@home и жду коллайдера
                                +1
                                Хокинг сказал, что если не найдут БХ — это будет гораздо интереснее Ж)
                                  0
                                  Обычно самое простое объяснение оказывается наиболее правильным. Так что я за бозон :)
                                    0
                                    Да ну? С развитием науки теории все усложняются и усложняются. Как было хорошо жить с Ньютоновской механикой, нет пришел Эйнштейн и на пальцах объяснил что это чушь собачья, рюхайте ребята СТО и ОТО
                                      +2
                                      Категорически не согласен. Ньютон смотрел на падающие предметы и думал: «Какая удивительная штука! Наверное, так происходит всегда». Потом он натыкался на что-то другое и думал: «Хм, неожидал. Ну ладно, иногда происходит вот такое».

                                      Потом пришли Гамильтон, Лагранж и Эйлер и в один голос заявили, что решение задач классической механики – это доставление нулевой вариации интегралу действия.

                                      А потом пришел Эйнштейн и показал, что большинство эволюций представляют собой геодезические линии в искривленном пространстве.

                                      Я считаю это тотальным упрощением всего. Все, что может быть против этой мысли – наше праздное сознание.
                                        0
                                        Это не упрощение, а систематизация и обобщение. Хотя может мы с вами по-разному простоту понимаем. по мне так ньютоновская механика проще Эйнштеновской СТО, а закон Ома проще чем уравнения Максвелла.
                                    +1
                                    А вот мне не очень верится в правильность теории Хикса. Вообще несмотря на мою большую любовь к квантовой механике, Стандартная Модель содержит неправдоподобно большое (на мой взгляд) количество элементарных частиц. Слабо верится, что природа так сложна на фундаментальном уровне.
                                      0
                                      Может, просто уровень еще не фундаментальный? У нас сейчас аж 4 типа взаимодействия (сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное). Даже при том, что их уже стало три (привет, электрослабое!), до Великого Объединения еще далеко. А вот оно уже должно показать нам, что объединяет квантовую механику и общую теорию относительности. Думаю, там собака зарыта.
                                        0
                                        Возможно. В этом отношении мне очень импонируют положения теории струн, как бы пафосно это не звучало. Там все элементарные частицы суть частные проявления одного процесса.
                                          0
                                          10 или 26 измерений… И ровно на этом месте ncix закидает нас камнями :)

                                          До понимания теории струн мне еще далеко, но пока ее не опровергли и верить можно.
                                            0
                                            В многомерное пространство мне поверить куда проще, чем в 12 групп элементарных частиц в общем количестве под сотню
                                  +1
                                  Я уже писал в своем блоге, что ставлю 100 баксов на то, что бозон Хиггза (т.е. квант поля, которое наделяет все остальные частицы массой) -не найдут ни на БАКе, ни на суперБАКе, вообще никогда не найдут. Что данная математическая абстракция так и останется математической абстракцией, а проблемы с завершением таблицы в Стандартной Модели и с нарушениями нормировки совершенно в другом.

                                  Желающих поспорить так и не нашел. Предложение остается в силе.
                                    +1
                                    Почему вы считаете это абстракцией и в чем проблемы Стандартной Модели, на ваш взгляд?

                                    Насчет спора – а как вы собираетесь его выиграть? Выходит, если бозон найдут – я получу 100 долларов, а в противном случае вы будете вечно ждать исхода :)
                                      +1
                                      Ну или пока не докажут, что теория Хиггза не верна, и не найдут подтверждения другой теории. :)

                                      Стандартная модель замечательна (на мой взгляд). Но именно как модель. Т.е. как грубо говоря — таблица, вроде таблицы Менделеева, в которой удобно и симметрично помещаются все известные нам кварки, лептоны и бозоны. Но мне кажется (формулами подтвердить это не могу, это так сказать «наитие», потому и спорю на деньги, а не предлагаю доказанное опровержение), что в последней клеточке, где по теории должен находиться бозон Хиггза скрывается целая бездна. Примерно как в таблице Менделеева в одной клетке умещаются лантаноиды или актиноиды.

                                      Ну, это все на словах да на пальцах. А на деле — вместо эфемерного бозона Хиггза (по моему мнению) ученых ожидает открытие массы законов и эффектов, играющих его роль.

                                      Потому сам бозон Хиггза (как частицу) так и не найдут.
                                        +1
                                        Ну, лантаноиды нигде не помещаются, у них просто получается яма, куда какое-то время проваливаются электроны :) А масса законов и эффектов, играющих роль бозона Хиггса, по моему мнению, – и есть бозон Хиггса. Это как с фононами. Вроде бы и вот они, а нету.

                                        Но ваша точка зрения мне ясна и имеет право на жизнь. Посмотрим
                                          +2
                                          А масса законов и эффектов, играющих роль бозона Хиггса, по моему мнению, – и есть бозон Хиггса.

                                          Не совсем. Это все равно что сказать — во всем мире царствует физика Ньютона, а незначительные эффекты искажения формул при скоростях близких к скорости света объясняются наличием некой частицы, замедляющей время и укорачивающей расстояния. И тут же броситься эту частицу искать.

                                          Бозон Хиггза это тот же светоносный эфир. Нет в нем нужды, мы просто не знаем еще всех подробностей, вот по этому и верим в бозон как в частицу.

                                          И еще раз — все вышенаписанное, лишь мое частное мнение.
                                            0
                                            Хм. Фононы – виртуальные частицы, с помощью которых можно описывать некоторые процессы термодинамики. То есть, можно решать сложные дифференциальные уравнения, а можно себе представить идеальный газ фононов и решать статистически. На мой взгляд – это очень реальные частицы.
                                              0
                                              Здесь поспорю. Фононы — очень эффективный математический трюк, никогда не претендовавший на физическое воплощение. Это действительно виртуальная частица. «Масса законов и эффектов» бозона Хикса действительно описывают частицу, находящуюся в полном согласовании с принципами квантовой механики, порождающую поле (простите за невольную тавтологию).
                                              А относительно нахождения — так частицы, собственно, обычно и не «находят» непосредственно, их вычисляют исходя из принципов сохранения и симметрии.
                                              0
                                              Я ведь тоже думаю, что наши элементарные частицы никакие не элементарные – на наш век еще хватит открытий :)
                                            0
                                            Мне все время думается, что темная материя — это тоже эффект от неточности некоторых законов
                                              +2
                                              А мне все-таки кажется, что темная материя существует.

                                              Вот на счет темной энергии — он же неуловимый эйнштейновский лямбда-член, да, мысли у меня точно такие же как у вас по поводу темной материи. Мне кажется что темная энергия, так необходимая современным астрофизикам, на массу которой они полагают сегодня 70% массы Вселенной — это проявление какого-то (дальше идут образные, «ненаучные» термины) эффекта искривления пространства в гигантских масштабах, или проявления некого закона или силы природы, действующих на масштабах галактик, и нами, пока, совершенно неизмеримых.
                                                0
                                                Если она существует, причем в сопоставимых с массой Вселенной количествах, кажется весьма странным что ее до сих пор подлинно не обнаружили. Или нам «повезло» оказаться в той области пространства, где ее относительно мало?
                                                  +1
                                                  В «сопоставимых размерах» это еще мягко сказано. По современным понятиям видимая материя составляет лишь 4% от общей массы Вселенной. Темная материя занимает 22%, а темная энергия все 74%.

                                                  image

                                                  Мне тоже кажется, что-то тут не так. Не иначе как власти скрывают неучтенную материю от населения…
                                                    0
                                                    То-то они все «переходи на Темную сторону силы» талдычат
                                        0
                                        Отсутствие наличия бозона Хиггса воодушевит физиков совсем по другой причине. Срочно потребуется новая теория, на проверку которой будут необходимы суммы с 9 нулями…
                                          0
                                          Такие физики есть, но я с ними не сталкивался. Все известные мне успешные физики-теоретики мыслят в другом ключе.
                                            0
                                            Многие из них тупо любят физику больше денег

                                          Only users with full accounts can post comments. Log in, please.