www.wikidata.uk-ua.nina.az

Поле Хіггса Поле Хі ггса англ Higgs Field також поширені назви поле Гіґґса поле Гіггза поле що забезпечує спонтанне пору

Поле Хіггса

Поле Хі́ггса (англ. Higgs Field; також поширені назви поле Гіґґса, поле Гіггза) — поле, що забезпечує спонтанне порушення симетрії електрослабких взаємодій завдяки порушенню симетрії вакууму, назване на честь розробника його теорії, британського вченого, фізика — теоретика Пітера Хіггса. Квант поля — частинка Хіггса (бозон Хіггса).

Приклад змодельованих даних детектора частинок CMS Великого адронного колайдера (LHC) в ЦЕРН. Після зіткнення двох протонів, утворюється бозон Хіггса, який розпадається на два струмені адронів і два електрони.

На відміну від більшості елементарних полів природи, поле Хіггса має ненульове вакуумне очікуване значення 246 ГеВ. За рахунок цієї особливості, багато частинок, таких як електрон, кварки, бозони слабкої взаємодії W та Z, через взаємодію з полем Хіггса набувають масу. Процес надання маси частинці відомий як механізм Хіггса. Ненульове середнє значення поля Хіггса не є сукупністю відповідних елементарних частинок, оскільки бозон Хіггса є пульсацією поля Хіггса найменш можливої інтенсивності. Пульсація, яка змінюється в просторі і часі, як будь-яка хвиля, а ненульове значення поля залишається незмінним у просторі і часі. Маса бозона Хіггса не повністю походить від поля Хіггса. Не всі частинки отримують масу від взаємодії з полем Хіггса. Дослідження властивостей бозона Хіггса у ЦЕРН продовжується з метою краще зрозуміти саме поле.

Зважаючи на те, що відкриття бозона Хіггса в 2012 році заповнило одну з прогалин Стандартної моделі, виникало закономірне питання — чи в рівняннях, що вивчають фізики, просліджується математичний зв'язок між гравітацією та полем Хіггса. Відповідь на це питання — ні. Оскільки гравітаційні поля мають спін 2 та описуються як частина простору-часу, що взаємодіє з усіма частинками та полями в природі, а поле Хіггса має спін 0, і взаємодіє безпосередньо з елементарними частинками і полями, які також беруть участь в електромагнітній та слабкій ядерній силах.

Структура поля Хіггса Редагувати

У стандартній моделі, поле Хіггса є SU(2) дуплетом з двома комплексними скалярними полями з :

Разом вони складають ізоспіновий дуплет () і є носіями гіперзаряду . Самовзаємодія поля Хіггса є причиною спонтанного порушення симетрії , що надає масу калібрувальним бозонам, а також ферміонам. Початковий лагранжіан до змішування і спонтанного порушення симетрії визначається як:

де

Перші три доданки лагранжіана відповідають за калібрувальну частину, а останні три — за хіггсівську. є самовзаємодіючим потенцілом поля Хіггса. Весь вираз лагранжіана задовольняє калібрувальну симетрію. Останній доданок лагранжіана, відомий як взаємодія Юкави, було додано, щоб згенерувати масу ферміонів. Його можна переписати як:

U(1) заряд поля Хіггса дорівнює 1. Це означає, що поле перетворюється як спінор при SU(2). При U(1) обертаннях, воно множиться на фазу, що змішує дійсні та уявні частини комплексних спінорів один з одним, таким чином, що це не те ж саме, як змішання двох комплексних спінорів при U(1) (який мав би вісім дійсних компонентів), а навпаки є спінорним представленням групи U(2).

Поле Хіггса, через зазначені взаємодії за допомогою свого потенціалу індукує спонтанне порушення трьох з чотирьох генераторів («напрямків») калібрувальної групи SU(2)×U(1): три з чотирьох його компонентів зазвичай складатимуть бозони Ґолдстоуна, якщо вони не були пов'язані з калібрувальними полями.

Потенціал сомбреро

Хіггсівський потенціал Редагувати

В електрослабкій теорії, різниця між фізичними масами бозонів створюється спонтанним порушенням симетрії поля Хіггса .

Потенціальна енергія поля Хіггса:

Поле Хіггса є скалярним полем у вакуумі, і його потенціал є симетричним при обертаннях у просторі .

Вакуумне очікуване значення Редагувати

Хіггсів потенціал має форму сомбреро. Мінімум хіггсового потенціалу, відомий як вакуумне очікуване значення, набуває значення

Бозон Хіггса Редагувати

Діаграма Фейнмана створення бозона Хіггса внаслідок злиття та бозонів.

Флуктуації навколо мінімуму :

Скалярне поле описує фізичний бозон Хіггса.

Розкладаючи хіггсівський потенціал до другого порядку по :

Додатковий доданок з надає масу бозону Хіггса:

Діаграма Фейнмана створення бозона Хіггса внаслідок злиття двох топ-антикварків.

Вектор мас бозонів Редагувати

Каплінги вакуумного поля Хіггса з електрослабкими бозонами:

У термінах фізичних бозонів та це дає:

Тобто складові вектора мас бозонів мають вигляд:

Механізм Хіггса Редагувати

Картина слабкого ізоспіна, , слабкого гіперзаряду, , та кольорових зарядів всіх відомих елементарних частинок, повернута на кут слабкого змішування, щоб показати електричний заряд, Q, по вертикалі. Нейтральне поле Хіггса (сірі квадратики) порушує електрослабку симетрію і взаємодіє з іншими частинками, щоб надати їм масу.

Докладніше: Механізм Хіггса

Сильні, слабкі та електромагнітні сили можна зрозуміти як наслідок калібрувальних симетрій. Механізм Хіггса, спонтанне порушення калібрувальних симетрії, є важливим компонентом у розумінні походження мас частинок у Стандартній моделі фізики елементарних частинок. Одним з наслідків відмінності між справжньою симетрією і калібрувальною симетрією, є те, що спонтанне порушення калібрувальної симетрії не приводить до характерних безмасових мод Намбу-Ґолдстоуна (так звані бозони Намбу-Ґолдстоун або просто Ґолдстоун), а приводить тільки до мод, таких як мода Хіггса, що спостерігається в фізиці елементарних частинок.

У Стандартній моделі фізики елементарних частинок, спонтанне порушення симетрії SU(2)×U(1), калібрувальної симетрії, пов'язаної з електрослабкою силою, породжує масу декількох частинок, і відокремлює електромагнітні і слабкі сили. W- і Z-бозони є елементарними частинками, носіями слабкої взаємодії, тоді як фотон є посередником електромагнітної взаємодії. При енергіях значно більших ніж 100 ГеВ всі ці частинки поводяться аналогічним чином. Теорія Вайнберга-Салама передбачає, що при нижчих енергіях ця симетрія порушується таким чином, що виникають фотон і масивні W- і Z- бозони.

Без спонтанного порушення симетрії Стандартна модель взаємодії елементарних частинок вимагає наявності ряду частинок. Однак, деякі частинки (наприклад, W- і Z-бозони) мали б бути безмасовими, коли, насправді, спостереження свідчать, що вони мають масу. Щоб подолати це, спонтанне порушення симетрії доповнюється механізмом Хіггса, щоб забезпечити ці частинки масою. Механізм також передбачав наявність нової частинки, бозона Хіггса, яка успішно була виявлена в 2012 році.

Історія механізму Хіггса Редагувати

Електрослабка теорія, яка об'єднує електромагнітні та слабкі взаємодії елементарних частинок, починаючи з 1970 року, отримала експериментальну підтримку, безпрецедентну в історії науки. Це об'єднання передбачало тісний зв'язок між безмасовим фотоном, який є носієм дальньодійної електромагнітої сили, та W- і Z- бозонами, які є носіями близькодіючої слабкої сили, а отже повинні бути дуже масивними. До винаходу механізму Хіггса не було відомо, як сформулювати послідовну релятивістську теорії поля з локальною симетрією, яка могла б містити як безмасові носії сили, так і масивні.

У 1962 році в теоремі Ґолдстоуна було показано, що спонтанне порушення симетрії в релятивістської теорії поля спричинює появу безмасових бозонів з нульовим спіном, існування яких було виключене експериментально. У статті, опублікованій в Physics Letters 15 вересня 1964 року, Пітер Хіггс показав, що бозони Ґолдстоуна не повинні виникати, коли спонтанно порушена локальна симетрія в релятивістської теорії. Замість цього, мода Ґолдстоуна забезпечує третю поляризацію масивного векторного поля. Інша мода вихідного скалярного дуплета залишається як масивна бесспінова частинка — бозон Хіггса.

Хіггс написав другу коротку статтю, що описувала модель, яка пізніше отримала назву «механізм Хіггса», та представив цю статтю Physics Letters, але її відхилили на підставі того, що вона не заслуговує швидкої публікації. Хіггс доопрацював статтю і представив її журналу Physical Review Letters, де вона була прийнята, але рецензент, яким виявився Йотіро Намбу, попросив Хіггса прокоментувати відношення його роботи до роботи Франсуа Енглерта та Браута, яка була опублікована в Physical Review Letters 31 серпня 1964 року, того ж дня, коли було отримано статтю Хіггса. Хіггс не знав про роботу брюссельської групи, оскільки її препринт не був надісланий до Единбурга. Переглянувши документ, Хіггс звернув увагу на можливість масивного безспінового бозона, наведену в останньому абзаці статті брюссельської групи. У жовтні 1964 року Хіггс провів переговори з Джеральдом Гуральником, Карлом Хагеном та Томом Кібблом, який виявив яким чином маси невзаємодіючих векторних бозонів можуть бути отримані за допомогою механізму Андерсона.

Як Енглерт і Браут, Хіггс не уточнював скалярний потенціал і називав його , але передбачав його таким, що симетрія спонтанно порушується вакуумним очікуваним значенням . Потім він вивчав рівняння руху для малих коливань навколо цього вакууму і ввів нову змінну

де використав калібрувальне перетворення, щоб поглинути моду Намбу-Ґолдстоуна . Завдяки цьому він зміг переписати рівняння руху у вигляді

яке він правильно інтерпретував як калібрувальне інваріантне рівняння руху для масивного вектора частинок. Аналіз було проведено на лінійному рівні, але було очевидно, що рівняння можна доповнити нелінійними членами. Потім Хіггс зауважив, що залишкове скалярне поле задовольняє наступне рівняння руху

яке показує чисту масу залишкової скалярної частинки. Той факт, що Хіггс отримав явний вираз для чистої маси скалярної частинки і привело до назви «частинка Хіггса», хоча ця частинка також є наслідком механізму Енглерта-Браута.

За рік до цього Філіп Андерсон зазначив, що, в надпровіднику, де локальна калібрувальна симетрія спонтанно порушена, мода Ґолдстоуна стає масивною за рахунок взаємодії з калібрувальним полем, в той час як електромагнітні режими масивні (ефект Мейснера), незважаючи на калібрувальну інваріантність. Проте, він не обговорював жодної релятивістської моделі і оскільки інваріантність Лоренца є найважливішим компонентом теореми Ґолдстоуна, він не продемонстрував, що проблему можна обійти. У другій статті 1964 Хіггс послався на роботу Андерсона таким чином, що малось на увазі, ніби Андерсон знав про нерелятивістський аналог хіггсівського бозона. Насправді, Андерсон не знав, і так було до 1981 року, коли несподівана особливість спектру комбінаційного розсіювання NbSe2 була пояснена через «масивну колективну моду, що існує у всіх надпровідниках — коливання амплітуди надпровідної щілини».

Пошуки бозона Хіггса стали однією з основних задач експериментальної фізики елементарних частинок. Незважаючи на те, що його маса за електрослабкими розрахунками прогнозувалась у межах від 52 до 110 ГеВ, значення нижче 114 ГеВ було виключено. Його маса не могла перевищувати 1 ТеВ, за умови, що електрослабка теорія залишаєтися в силі на таких масштабах енергії, а саме в діапазоні, який знаходиться в межах досяжності Великого адронного колайдера в ЦЕРНі. Експериментальні групи ATLAS і CMS в ЦЕРН виявили хіггсівський бозон з масою близько 126 ГеВ, що узгоджується з властивостями Стандартної моделі.

Див. також Редагувати


Джерела Редагувати

  1. John F. Gunion, . — Westview Press, 2008. — 256 p.
  2. Yorikiyo Nagashima, Elementary Particle Physics: Quantum Field Theory and Particles, v1. — Wiley-VHC, 2013. — 646p.
  3. Sean Carrol, The Particle at the End of the Universe. — Dutton, 2012. — 352p.

Примітки Редагувати

  1. [1]
  2. [2]
  3. [3]
  4. ↑ [4]
  5. [5]
  6. [6]
  7. http://www.ph.ed.ac.uk/higgs/brief-history
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Pole Hi ggsa angl Higgs Field takozh poshireni nazvi pole Giggsa pole Giggza pole sho zabezpechuye spontanne porushennya simetriyi elektroslabkih vzayemodij zavdyaki porushennyu simetriyi vakuumu nazvane na chest rozrobnika jogo teoriyi britanskogo vchenogo fizika teoretika Pitera Higgsa Kvant polya chastinka Higgsa bozon Higgsa Priklad zmodelovanih danih detektora chastinok CMS Velikogo adronnogo kolajdera LHC v CERN Pislya zitknennya dvoh protoniv utvoryuyetsya bozon Higgsa yakij rozpadayetsya na dva strumeni adroniv i dva elektroni Na vidminu vid bilshosti elementarnih poliv prirodi pole Higgsa maye nenulove 1 vakuumne ochikuvane znachennya 246 GeV Za rahunok ciyeyi osoblivosti bagato chastinok takih yak elektron kvarki bozoni slabkoyi vzayemodiyi W ta Z cherez vzayemodiyu z polem Higgsa nabuvayut masu 2 Proces nadannya masi chastinci vidomij yak mehanizm Higgsa 3 Nenulove serednye znachennya polya Higgsa ne ye sukupnistyu vidpovidnih elementarnih chastinok oskilki bozon Higgsa ye pulsaciyeyu polya Higgsa najmensh mozhlivoyi intensivnosti Pulsaciya yaka zminyuyetsya v prostori i chasi yak bud yaka hvilya a nenulove znachennya polya zalishayetsya nezminnim u prostori i chasi Masa bozona Higgsa ne povnistyu pohodit vid polya Higgsa 4 Ne vsi chastinki otrimuyut masu vid vzayemodiyi z polem Higgsa 5 Doslidzhennya vlastivostej bozona Higgsa u CERN prodovzhuyetsya 6 z metoyu krashe zrozumiti same pole Zvazhayuchi na te sho vidkrittya bozona Higgsa v 2012 roci zapovnilo odnu z progalin Standartnoyi modeli vinikalo zakonomirne pitannya chi v rivnyannyah sho vivchayut fiziki proslidzhuyetsya matematichnij zv yazok mizh gravitaciyeyu ta polem Higgsa Vidpovid na ce pitannya ni 4 Oskilki gravitacijni polya mayut spin 2 ta opisuyutsya yak chastina prostoru chasu sho vzayemodiye z usima chastinkami ta polyami v prirodi a pole Higgsa maye spin 0 i vzayemodiye bezposeredno z elementarnimi chastinkami i polyami yaki takozh berut uchast v elektromagnitnij ta slabkij yadernij silah Zmist 1 Struktura polya Higgsa 1 1 Higgsivskij potencial 1 2 Vakuumne ochikuvane znachennya 1 3 Bozon Higgsa 1 4 Vektor mas bozoniv 2 Mehanizm Higgsa 2 1 Istoriya mehanizmu Higgsa 3 Div takozh 4 Dzherela 5 PrimitkiStruktura polya Higgsa RedaguvatiU standartnij modeli pole Higgsa ye SU 2 dupletom z dvoma kompleksnimi skalyarnimi polyami z ϕ ϕ 0 displaystyle phi phi 0 nbsp F ϕ ϕ 0 1 2 ϕ 1 i ϕ 2 ϕ 3 i ϕ 4 displaystyle Phi phi choose phi 0 frac 1 sqrt 2 phi 1 imath phi 2 choose phi 3 imath phi 4 nbsp Razom voni skladayut izospinovij duplet I 1 2 I 3 1 2 displaystyle I begin matrix frac 1 2 end matrix I 3 pm begin matrix frac 1 2 end matrix nbsp i ye nosiyami giperzaryadu Y ϕ Y ϕ 0 1 displaystyle Y phi Y phi 0 1 nbsp Samovzayemodiya polya Higgsa ye prichinoyu spontannogo porushennya simetriyi S U 2 U 1 displaystyle SU 2 times U 1 nbsp sho nadaye masu kalibruvalnim bozonam a takozh fermionam Pochatkovij lagranzhian do zmishuvannya i spontannogo porushennya simetriyi viznachayetsya yak L E W PS i g m D m PS 1 4 F m v F m v 1 4 B m v B m v D m F D m F V F G f e R F PS L PS L F e R displaystyle mathfrak L EW bar Psi imath gamma mu D mu Psi frac 1 4 F mu v F mu v frac 1 4 B mu v B mu v D mu Phi dagger D mu Phi V Phi G f left bar e R Phi dagger Psi L bar Psi L Phi e R right nbsp de F m v d m W v d v W m g W W m W v displaystyle F mu v eth mu W v eth v W mu g W W mu times W v nbsp B m v d m B v d v B m displaystyle B mu v eth mu B v eth v B mu nbsp D m d m i g W W m t i g B 2 Y B W displaystyle D mu eth mu imath g W W mu t imath frac g B 2 YB W nbsp V F l F 2 m 2 2 l 2 l gt 0 displaystyle V Phi lambda Phi 2 frac mu 2 2 lambda 2 quad lambda gt 0 nbsp Pershi tri dodanki lagranzhiana vidpovidayut za kalibruvalnu chastinu a ostanni tri za higgsivsku V F displaystyle V Phi nbsp ye samovzayemodiyuchim potencilom polya Higgsa Ves viraz lagranzhiana zadovolnyaye S U 2 U 1 displaystyle SU 2 times U 1 nbsp kalibruvalnu simetriyu Ostannij dodanok lagranzhiana vidomij yak vzayemodiya Yukavi bulo dodano shob zgeneruvati masu fermioniv Jogo mozhna perepisati yak e R F PS L PS L F e R e R v e L ϕ v e L e R ϕ e R e L ϕ 0 e L e R ϕ 0 displaystyle bar e R Phi dagger Psi L bar Psi L Phi e R bar e R v eL phi bar v eL e R phi bar e R e L phi 0 dagger bar e L e R phi 0 nbsp U 1 zaryad polya Higgsa dorivnyuye 1 Ce oznachaye sho pole peretvoryuyetsya yak spinor pri SU 2 Pri U 1 obertannyah vono mnozhitsya na fazu sho zmishuye dijsni ta uyavni chastini kompleksnih spinoriv odin z odnim takim chinom sho ce ne te zh same yak zmishannya dvoh kompleksnih spinoriv pri U 1 yakij mav bi visim dijsnih komponentiv a navpaki ye spinornim predstavlennyam grupi U 2 Pole Higgsa cherez zaznacheni vzayemodiyi za dopomogoyu svogo potencialu indukuye spontanne porushennya troh z chotiroh generatoriv napryamkiv kalibruvalnoyi grupi SU 2 U 1 tri z chotiroh jogo komponentiv zazvichaj skladatimut bozoni Goldstouna yaksho voni ne buli pov yazani z kalibruvalnimi polyami nbsp Potencial sombreroHiggsivskij potencial Redaguvati V elektroslabkij teoriyi riznicya mizh fizichnimi masami bozoniv g W Z 0 displaystyle gamma W pm Z 0 nbsp stvoryuyetsya spontannim porushennyam simetriyi polya Higgsa ϕ displaystyle phi nbsp Potencialna energiya polya Higgsa V ϕ m 2 ϕ ϕ l ϕ ϕ 2 displaystyle V phi mu 2 phi dagger phi lambda phi dagger phi 2 nbsp de m 2 lt 0 l gt 0 displaystyle mu 2 lt 0 lambda gt 0 nbsp Pole Higgsa ye skalyarnim polem u vakuumi i jogo potencial ye simetrichnim pri obertannyah u prostori ϕ displaystyle phi nbsp Vakuumne ochikuvane znachennya Redaguvati Higgsiv potencial V F displaystyle V Phi nbsp maye formu sombrero Minimum higgsovogo potencialu vidomij yak vakuumne ochikuvane znachennya v displaystyle v nbsp nabuvaye znachennya v m l 2 M W g 246 displaystyle v frac mu sqrt lambda frac 2M W g 246 nbsp GeV Bozon Higgsa Redaguvati nbsp Diagrama Fejnmana stvorennya bozona Higgsa vnaslidok zlittya W displaystyle W nbsp ta Z displaystyle Z nbsp bozoniv Fluktuaciyi navkolo minimumu v displaystyle v nbsp ϕ x ϕ 0 h x 1 2 ϕ 1 i ϕ 2 ϕ 3 i ϕ 4 1 2 0 v h x displaystyle phi x phi 0 h x qquad qquad frac 1 sqrt 2 phi 1 imath phi 2 choose phi 3 imath phi 4 quad Rightarrow quad frac 1 sqrt 2 0 choose v h x nbsp Skalyarne pole h x displaystyle h x nbsp opisuye fizichnij bozon Higgsa Rozkladayuchi higgsivskij potencial do drugogo poryadku po h 2 displaystyle h 2 nbsp V V 0 m 2 2 2 v h h 2 l 4 4 v 3 h 6 v 2 h 2 V 0 l v 2 h 2 displaystyle V V 0 frac mu 2 2 2vh h 2 frac lambda 4 4v 3 h 6v 2 h 2 V 0 lambda v 2 h 2 nbsp Dodatkovij dodanok z h 2 displaystyle h 2 nbsp nadaye masu bozonu Higgsa M H 2 2 l v 2 M H 2 m displaystyle M H 2 2 lambda v 2 qquad M H sqrt 2 mu nbsp nbsp Diagrama Fejnmana stvorennya bozona Higgsa vnaslidok zlittya dvoh top antikvarkiv Vektor mas bozoniv Redaguvati Kaplingi vakuumnogo polya Higgsa ϕ 0 displaystyle phi 0 nbsp z elektroslabkimi bozonami g 2 t W g 2 B ϕ 0 displaystyle frac g 2 vec tau vec W frac g 2 B phi 0 nbsp L H 1 8 g W 3 g B g W 1 i W 2 g W 1 i W 2 g W 3 g B 0 v 2 displaystyle mathfrak L H frac 1 8 left begin pmatrix gW 3 g B amp g W 1 imath W 2 g W 1 imath W 2 amp gW 3 g B end pmatrix 0 choose v right vert 2 nbsp U terminah fizichnih bozoniv W displaystyle W nbsp ta Z displaystyle Z nbsp ce daye g v 2 2 W W v 2 8 Z 0 Z 0 Z 0 g W 3 g B displaystyle frac gv 2 2 W W frac v 2 8 Z 0 Z 0 qquad Z 0 gW 3 g B nbsp Tobto skladovi vektora mas bozoniv mayut viglyad M W v g 2 M Z v g 2 g 2 2 displaystyle M W frac vg 2 qquad M Z frac v sqrt g 2 g 2 2 nbsp Mehanizm Higgsa Redaguvati nbsp Kartina slabkogo izospina T 3 displaystyle T 3 nbsp slabkogo giperzaryadu Y W displaystyle Y W nbsp ta kolorovih zaryadiv vsih vidomih elementarnih chastinok povernuta na kut slabkogo zmishuvannya shob pokazati elektrichnij zaryad Q po vertikali Nejtralne pole Higgsa siri kvadratiki porushuye elektroslabku simetriyu i vzayemodiye z inshimi chastinkami shob nadati yim masu Dokladnishe Mehanizm HiggsaSilni slabki ta elektromagnitni sili mozhna zrozumiti yak naslidok kalibruvalnih simetrij Mehanizm Higgsa spontanne porushennya kalibruvalnih simetriyi ye vazhlivim komponentom u rozuminni pohodzhennya mas chastinok u Standartnij modeli fiziki elementarnih chastinok Odnim z naslidkiv vidminnosti mizh spravzhnoyu simetriyeyu i kalibruvalnoyu simetriyeyu ye te sho spontanne porushennya kalibruvalnoyi simetriyi ne privodit do harakternih bezmasovih mod Nambu Goldstouna tak zvani bozoni Nambu Goldstoun abo prosto Goldstoun a privodit tilki do mod takih yak moda Higgsa sho sposterigayetsya v fizici elementarnih chastinok U Standartnij modeli fiziki elementarnih chastinok spontanne porushennya simetriyi SU 2 U 1 kalibruvalnoyi simetriyi pov yazanoyi z elektroslabkoyu siloyu porodzhuye masu dekilkoh chastinok i vidokremlyuye elektromagnitni i slabki sili W i Z bozoni ye elementarnimi chastinkami nosiyami slabkoyi vzayemodiyi todi yak foton ye poserednikom elektromagnitnoyi vzayemodiyi Pri energiyah znachno bilshih nizh 100 GeV vsi ci chastinki povodyatsya analogichnim chinom Teoriya Vajnberga Salama peredbachaye sho pri nizhchih energiyah cya simetriya porushuyetsya takim chinom sho vinikayut foton i masivni W i Z bozoni Bez spontannogo porushennya simetriyi Standartna model vzayemodiyi elementarnih chastinok vimagaye nayavnosti ryadu chastinok Odnak deyaki chastinki napriklad W i Z bozoni mali b buti bezmasovimi koli naspravdi sposterezhennya svidchat sho voni mayut masu Shob podolati ce spontanne porushennya simetriyi dopovnyuyetsya mehanizmom Higgsa shob zabezpechiti ci chastinki masoyu Mehanizm takozh peredbachav nayavnist novoyi chastinki bozona Higgsa yaka uspishno bula viyavlena v 2012 roci Istoriya mehanizmu Higgsa Redaguvati Elektroslabka teoriya yaka ob yednuye elektromagnitni ta slabki vzayemodiyi elementarnih chastinok pochinayuchi z 1970 roku otrimala eksperimentalnu pidtrimku bezprecedentnu v istoriyi nauki 7 Ce ob yednannya peredbachalo tisnij zv yazok mizh bezmasovim fotonom yakij ye nosiyem dalnodijnoyi elektromagnitoyi sili ta W i Z bozonami yaki ye nosiyami blizkodiyuchoyi slabkoyi sili a otzhe povinni buti duzhe masivnimi Do vinahodu mehanizmu Higgsa ne bulo vidomo yak sformulyuvati poslidovnu relyativistsku teoriyi polya z lokalnoyu simetriyeyu yaka mogla b mistiti yak bezmasovi nosiyi sili tak i masivni U 1962 roci v teoremi Goldstouna bulo pokazano sho spontanne porushennya simetriyi v relyativistskoyi teoriyi polya sprichinyuye poyavu bezmasovih bozoniv z nulovim spinom isnuvannya yakih bulo viklyuchene eksperimentalno U statti opublikovanij v Physics Letters 15 veresnya 1964 roku Piter Higgs pokazav sho bozoni Goldstouna ne povinni vinikati koli spontanno porushena lokalna simetriya v relyativistskoyi teoriyi Zamist cogo moda Goldstouna zabezpechuye tretyu polyarizaciyu masivnogo vektornogo polya Insha moda vihidnogo skalyarnogo dupleta zalishayetsya yak masivna besspinova chastinka bozon Higgsa Higgs napisav drugu korotku stattyu sho opisuvala model yaka piznishe otrimala nazvu mehanizm Higgsa ta predstaviv cyu stattyu Physics Letters ale yiyi vidhilili na pidstavi togo sho vona ne zaslugovuye shvidkoyi publikaciyi Higgs doopracyuvav stattyu i predstaviv yiyi zhurnalu Physical Review Letters de vona bula prijnyata ale recenzent yakim viyavivsya Jotiro Nambu poprosiv Higgsa prokomentuvati vidnoshennya jogo roboti do roboti Fransua Englerta ta Brauta yaka bula opublikovana v Physical Review Letters 31 serpnya 1964 roku togo zh dnya koli bulo otrimano stattyu Higgsa Higgs ne znav pro robotu bryusselskoyi grupi oskilki yiyi preprint ne buv nadislanij do Edinburga Pereglyanuvshi dokument Higgs zvernuv uvagu na mozhlivist masivnogo bezspinovogo bozona navedenu v ostannomu abzaci statti bryusselskoyi grupi U zhovtni 1964 roku Higgs proviv peregovori z Dzheraldom Guralnikom Karlom Hagenom ta Tomom Kibblom yakij viyaviv yakim chinom masi nevzayemodiyuchih vektornih bozoniv mozhut buti otrimani za dopomogoyu mehanizmu Andersona Yak Englert i Braut Higgs ne utochnyuvav skalyarnij potencial i nazivav jogo V displaystyle V nbsp ale peredbachav jogo takim sho simetriya spontanno porushuyetsya vakuumnim ochikuvanim znachennyam ϕ 2 ϕ 0 displaystyle left langle phi 2 right rangle phi 0 nbsp Potim vin vivchav rivnyannya ruhu dlya malih kolivan navkolo cogo vakuumu i vviv novu zminnu B m A m e ϕ 0 1 d m D ϕ 1 G m v d m B v d v B m displaystyle B mu A mu e phi 0 1 eth mu Delta phi 1 quad G mu v eth mu B v eth v B mu nbsp de vikoristav kalibruvalne peretvorennya shob poglinuti modu Nambu Goldstouna D ϕ 1 displaystyle Delta phi 1 nbsp Zavdyaki comu vin zmig perepisati rivnyannya ruhu u viglyadi d m G m v e ϕ 0 2 B m 0 d m B m 0 displaystyle eth mu G mu v e phi 0 2 B mu 0 quad eth mu B mu 0 nbsp yake vin pravilno interpretuvav yak kalibruvalne invariantne rivnyannya ruhu dlya masivnogo vektora chastinok Analiz bulo provedeno na linijnomu rivni ale bulo ochevidno sho rivnyannya mozhna dopovniti nelinijnimi chlenami Potim Higgs zauvazhiv sho zalishkove skalyarne pole ϕ 2 displaystyle phi 2 nbsp zadovolnyaye nastupne rivnyannya ruhu d m d m 4 ϕ 0 2 V ϕ 0 2 D ϕ 2 0 displaystyle left eth mu eth mu 4 phi 0 2 V phi 0 2 right Delta phi 2 0 nbsp yake pokazuye chistu masu zalishkovoyi skalyarnoyi chastinki Toj fakt sho Higgs otrimav yavnij viraz dlya chistoyi masi skalyarnoyi chastinki i privelo do nazvi chastinka Higgsa hocha cya chastinka takozh ye naslidkom mehanizmu Englerta Brauta Za rik do cogo Filip Anderson zaznachiv sho v nadprovidniku de lokalna kalibruvalna simetriya spontanno porushena moda Goldstouna staye masivnoyu za rahunok vzayemodiyi z kalibruvalnim polem v toj chas yak elektromagnitni rezhimi masivni efekt Mejsnera nezvazhayuchi na kalibruvalnu invariantnist Prote vin ne obgovoryuvav zhodnoyi relyativistskoyi modeli i oskilki invariantnist Lorenca ye najvazhlivishim komponentom teoremi Goldstouna vin ne prodemonstruvav sho problemu mozhna obijti U drugij statti 1964 Higgs poslavsya na robotu Andersona takim chinom sho malos na uvazi nibi Anderson znav pro nerelyativistskij analog higgsivskogo bozona Naspravdi Anderson ne znav i tak bulo do 1981 roku koli nespodivana osoblivist spektru kombinacijnogo rozsiyuvannya NbSe2 bula poyasnena cherez masivnu kolektivnu modu sho isnuye u vsih nadprovidnikah kolivannya amplitudi nadprovidnoyi shilini Poshuki bozona Higgsa stali odniyeyu z osnovnih zadach eksperimentalnoyi fiziki elementarnih chastinok Nezvazhayuchi na te sho jogo masa za elektroslabkimi rozrahunkami prognozuvalas u mezhah vid 52 do 110 GeV znachennya nizhche 114 GeV bulo viklyucheno Jogo masa ne mogla perevishuvati 1 TeV za umovi sho elektroslabka teoriya zalishayetisya v sili na takih masshtabah energiyi a same v diapazoni yakij znahoditsya v mezhah dosyazhnosti Velikogo adronnogo kolajdera v CERNi Eksperimentalni grupi ATLAS i CMS v CERN viyavili higgsivskij bozon z masoyu blizko 126 GeV sho uzgodzhuyetsya z vlastivostyami Standartnoyi modeli Div takozh RedaguvatiBozon Higgsa Mehanizm Higgsa Spontanne porushennya simetriyiDzherela RedaguvatiJohn F Gunion The Higgs Hunter s Guide Westview Press 2008 256 p Yorikiyo Nagashima Elementary Particle Physics Quantum Field Theory and Particles v1 Wiley VHC 2013 646p Sean Carrol The Particle at the End of the Universe Dutton 2012 352p Primitki Redaguvati 1 2 3 a b 4 5 6 http www ph ed ac uk higgs brief history Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Pole Higgsa amp oldid 39026827