За годы, прошедшие с момента обнаружения бозона Хиггса, физики все еще знакомятся с этой фундаментальной частицей, несущей силу, которая создается невидимым полем, придающим частицам массу. Они уже улучшили измерения массы, вращения и связей бозона Хиггса с различными частицами. Они даже смогли получить измерения намного более точные чем ожидали.
За годы, прошедшие с момента обнаружения бозона Хиггса, физики все еще знакомятся с этой фундаментальной частицей, несущей силу, которая создается невидимым полем, придающим частицам массу. Они уже улучшили измерения массы, вращения и связей бозона Хиггса с различными частицами. Они даже смогли получить измерения намного более точные чем ожидали.
За последние 10 лет ученые узнали о бозоне Хиггса достаточно много, но недостаточно и хотят знать больше. Поэтому продолжают совершенствовать измерения и разрабатывают идеи для будущих коллайдеров для полного раскрытия тайны бозона Хиггса и его места во Вселенной.
И у них есть несколько вопросов на которые они хотят получить ответы.
1. Взаимодействует ли бозон Хиггса сам с собой?
Это один из самых больших вопросов о бозоне Хиггса. Эксперименты показали, что он соединяется с такими частицами как: W и Z бозоны, кварки, тау и мюоны. Но согласно Стандартной модели он также должен соединяться и сам с собой. Узнав, как это происходит, физии в дальнейшем смогут усовершенствовать Стандартную модель и даже пролить свет на эволюцию ранней Вселенной и сложившийся дисбаланс материи и антивещества.
2. Как Хиггс соединяется с другими частицами?
Хотя ученые еще не знают, соединяется ли бозон Хиггса сам с собой, они знают, что он соединяется с другими частицами. В некоторых случаях, как в случае с самой тяжелой из частиц стандартной модели – топ-кварком, связь довольно хорошо изучена. Но они только начинают понимать, как такие сравнительно легкие мюоны взаимодействуют с бозонами Хиггса.
То, насколько сильно данная частица соединится с бозоном Хиггса, предсказывается Стандартной моделью и связано с массой частицы: чем массивнее частица, тем больше сцепление. Пока измерения связей соответствуют этим прогнозам. Но точность этих измерений еще недостаточно велика, чтобы увидеть, могут ли быть какие-либо отклонения от стандартной модели. Точные знания пар бозонов Хиггса могут помочь понять, как частицы получают свою массу.
3. Существуют ли другие частицы Хиггса?
До сих пор физики обнаружили только один бозон Хиггса, что и предсказывает Стандартная модель. Но некоторые альтернативные теории, расширяющие Стандартную модель, требуют гораздо большего количества типов частиц Хиггса.
Некоторые модели предполагают, что существует версия бозона Хиггса, которая отличается по свойствам от известного нам бозона.
Открытый в 2012 году бозон Хиггса имеет нулевой спин и не имеет электрического заряда, но другие частицы Хиггса могут от него отличаться. Другие модели предполагают, что есть один тип Хиггса, который взаимодействует с тяжелыми частицами, а другой – с более легкими частицами. Или, может быть, частица Хиггса, которую мы видим, на самом деле состоит из множества разных частиц.
Некоторые явления, которые могут быть объяснены дополнительными частицами Хиггса, включают темную материю, нейтринные колебания, загадку масс нейтрино и причину дисбаланса материи и антивещества во Вселенной. Если существуют другие частицы Хиггса, физики надеются увидеть их следы в экспериментах на коллайдере.
4. Связан ли бозон Хиггса с темной материей или другими необычными частицами?
Поскольку бозон Хиггса помогает объяснить, откуда берется масса, многие ученые считают, что он должен взаимодействовать с темной материей: таинственным веществом, которое, кажется, связано с обычной материей только через гравитацию.
Некоторые теории предсказывают, что темная материя взаимодействует с обычной материей, меняя местами бозоны Хиггса. Если это так, то столкновение, в результате которого образуются частицы Хиггса, может также породить частицы темной материи.
В других сценариях, когда бозон Хиггса распадается, он может произвести другие совершенно новые, невидимые частицы, которые физики даже не рассматривали. В экспериментах на коллайдере не было обнаружено никаких необычных частиц, о существовании которых можно было бы судить по отсутствию энергии после столкновения, но физики еще не закончили свои поиски.
Как ученые ответят на эти вопросы?
Бозон Хиггса изучают на БАКе, который открылся после трехлетней модернизации экспериментов и ускорительного комплекса, и пандемических задержек. Эти обновления предназначены для того, чтобы позволить физикам проводить более точные измерения бозона Хиггса. Однако, если нет очень больших расхождений, этой точности, вероятно, недостаточно, чтобы увидеть, есть ли какие-либо отклонения от Стандартной модели.
После текущего запуска БАК вскоре получит еще одно обновление, которое превратит его в коллайдер следующего поколения, который планируется использовать примерно до 2040 года. Это обновление позволит ученым наблюдать как Хиггс соединяется с другими частицами.
В долгосрочной перспективе ученые разрабатывают способы изучения бозонов Хиггса за пределами БАК, который был разработан для изучения широкого спектра явлений посредством протон-протонных столкновений. И некоторые физики предлагают построить новую «фабрику Хиггса», которую они могли бы настроить специально для производства множества бозонов Хиггса.
Вместо столкновения протонов «фабрика Хиггса» сталкивала бы пары вещества и антивещества – электроны и позитроны. Эти частицы уничтожали бы друг друга, устраняя большую часть беспорядка, вызванного столкновениями, наблюдаемыми на БАК, и позволили бы ученым поближе взглянуть на производимые бозоны Хиггса. Такой инструмент должен позволить ученым достичь высокой точности измерений большинства связей и проверить теоретические прогнозы самосвязи Хиггса.
В то же время физики не теряют надежды, что и в текущих экспериментах обнаружится что-то неожиданное. С каждым обновлением БАК появляется шанс того, что физики смогут увидеть новые частицы или соединения с новыми скрытыми секторами. Или, возможно, неожиданные факторы могут привести, например, к образованию пар Хиггса в больших количествах.
{module id=”157″}
