Бозон Хиггса был открыт на Большом адронном коллайдере в 2012 году. Он стал последним кирпичиком в Стандартной модели элементарных частиц, которая на данный момент является наиболее полной теорией микромира. Фактически, все известные эксперименты с элементарными частицами укладываются в Стандартную модель, однако это не означает, что она — конечная теория, описывающая вообще всё.
Мы точно знаем, что есть вещи, которые она описать не может. Гравитация, ускоренное расширение Вселенной, слишком большие скорости вращения галактик, практически полное отсутствие антивещества — все эти явления требуют Новой физики, выходящей за пределы Стандартной модели.
Возможно, именно бозон Хиггса поможет понять, как эта Новая физика должна выглядеть. В частности, есть основания полагать, что он может взаимодействовать с гипотетическими частицами неуловимого тёмного вещества. Мы знаем, что по массе их в пять раз больше, чем обычного вещества, но при этом они таки слабо взаимодействуют с привычными нам протонами, электронами и фотонами, что существование тёмного вещества становится заметным только на космических масштабах и только за счёт его гравитации.
Поиск частиц тёмного вещества идёт уже много лет. Самые чувствительные эксперименты ведутся в глубоких шахтах на детекторах из жидкого ксенона. Но поймать пока ничего не удалось. Изучение бозона Хиггса на коллайдерах — альтернативный путь.
При рождении бозона Хиггса в столкновении протонов на Большом адронном коллайдере он практически тут же распадается на другие частицы. В рамках Стандартной модели можно рассчитать, с какой вероятностью должны встречаться разные варианты распада.
Например, в приблизительно 60% случаев бозон Хиггса распадается на два нижних кварка, и только в 0,2% случаев — на два фотона. Если вдруг окажется, что измеренная частота этих событий отличается от предсказаний теории, это будет означать, что мы увидели признаки Новой физики.
Конечно, отклонение от предсказанного значения может быть вызвано случайными факторами. Поэтому нужно проводить много столкновений и долго-долго копить их статистику — сколько и каких частиц в результате получилось. Чем больше накоплено столкновений, тем более существенным будет наблюдаемое отклонение. Затем это отклонение надо будет сравнить с теориями, расширяющими Стандартную модель, и выбрать из них ту, которая лучше всего опишет наблюдения.
Но этого, конечно, будет мало. Если таким образом удастся обнаружить что-то интересное, то прежде чем утверждать об открытии новой частицы, надо будет обнаружить её и независимым образом — например, с помощью тех же ксеноновых детекторов.
После открытия бозона Хиггса поиск тёмных частиц является одной из главных задач Большого адронного коллайдера. Ещё подробнее изучить физику бозона Хиггса позволит Международный линейный коллайдер ILC, который планируется построить в Японии в середине 2020-х годов.
Угостить автора кофе
Читайте также
Почему мы поверили в тёмную материю?
Шесть причин следить за достижениями нейтринной физики
Подписывайтесь также на мой канал в Telegram!