Каталог книг

Иван Меренков Про Кварки, Бозоны И Стандартную Модель

Перейти в магазин

Сравнить цены

Описание

Подробнее о Науке. Здесь вы узнаете о том, что такое кварки, из чего состоит материя и все остальное, что касается элементарных частиц.

Характеристики

  • Форматы

Сравнить Цены

Предложения интернет-магазинов
Иван Меренков Про кварки, бозоны и Стандартную модель Иван Меренков Про кварки, бозоны и Стандартную модель 49 р. litres.ru В магазин >>
Иван Меренков Графен и аллотропные модификации Иван Меренков Графен и аллотропные модификации 49 р. litres.ru В магазин >>
Иван Меренков Прививка спасает детей! Мифы о вакцинации Иван Меренков Прививка спасает детей! Мифы о вакцинации 49 р. litres.ru В магазин >>
Иван Меренков Самые известные мифы об алкоголе. Разоблачение Иван Меренков Самые известные мифы об алкоголе. Разоблачение 49 р. litres.ru В магазин >>
Иван Меренков Все ли ты знаешь о ГМО? Мифы о ГМО Иван Меренков Все ли ты знаешь о ГМО? Мифы о ГМО 49 р. litres.ru В магазин >>
Александр Зарницын Иван-лесоруб Александр Зарницын Иван-лесоруб 80 р. litres.ru В магазин >>
Иван Меренков Вейпинг с точки зрения науки Иван Меренков Вейпинг с точки зрения науки 49 р. litres.ru В магазин >>

Статьи, обзоры книги, новости

Просто о сложном: бозоны, фермионы, кварки и другие элементарные

Просто о сложном: бозоны, фермионы, кварки и другие элементарные составляющие Вселенной

Из-за обширной терминологии большинство популярных книг и статей по физике элементарных частиц не углубляются дальше самого факта существования кварков. Сложно что-либо обсуждать, если широкой аудитории не до конца понятны основные термины.

Студент МФТИ и сотрудник лаборатории фундаментальных взаимодействий Владислав Лялин взял на себя функцию путеводителя в то, что называется Стандартной моделью, — главенствующую физическую теорию, объясняющую все известные науке частицы и их взаимодействие между собой, то есть устройство Вселенной на самом глубоком уровне.

Итак, все состоит из молекул, а молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра и облаков электронов вокруг него, которые совершают куда более сложные движения, чем просто вращение. Ядро примерно в 10 тысяч раз меньше размера атома, хотя это и есть почти вся его масса, и состоит из протонов и нейтронов.

Как правило, на этом большинство школьных курсов физики заканчиваются, но на этом не заканчивается физика. В 50-х годах прошлого века ученые знали о существовании пяти частиц, которые они называли элементарными. Это были протон, нейтрон, электрон, фотон и электронное нейтрино. Уже через несколько десятков лет (с появлением первых коллайдеров) частиц, которые стоило бы причислить к элементарным, стало несколько десятков, и это число только росло.

Термин «элементарная частица» пришлось пересматривать — и заодно придумывать новую теорию, еще сильнее углубляться в строение вещества. Со временем была создана теория, названная Стандартной моделью, описывающая все известные взаимодействия (кроме гравитации).

Еще с древних времен материя и силы (взаимодействия) в физике были отделены. Эта идея присутствует и в Стандартной модели. Все элементарные частицы в ней делятся на «кирпичики материи» — фермионы и переносчики взаимодействия — бозоны. Эти классы частиц сильно отличаются друг от друга, одним из самых ярких отличий является отсутствие принципа запрета Паули у бозонов. Грубо говоря, в одной точке пространства может быть не более одного фермиона, но сколько угодно бозонов.

В Стандартной модели всего шесть элементарных бозонов. Фотон не обладает электрическим зарядом, он передает электромагнитное взаимодействие — то самое, которое связывает атомы в молекулы. Глюон передает сильное взаимодействие и обладает своим видом заряда (об этом еще будет сказано).

Именно сильное взаимодействие отвечает за ядерные силы, скрепляющие протоны и нейтроны в ядрах. W+, W- и Z0 означает, что бозоны заряжены соответственно положительно, отрицательно и нейтрально (не заряжены). Они отвечают за так называемое слабое взаимодействие, которое умеет превращать одни частицы в другие.

Самый простой пример слабого взаимодействия — распад нейтрона: один из кварков, составляющих нейтрон, излучает W-бозон и превращается в другой кварк, а W-бозон распадается на электрон и нейтрино.

Остается последний бозон — бозон Хиггса. Теоретически он был предсказан еще в 60-х годах прошлого века, но экспериментально его существование было доказано только в 2013 году. Он отвечает за инертную массу элементарных частиц — именно массу, ответственную за эффекты инерции, а не притяжения. Квантовой теории, которая связала бы и инерцию, и гравитацию, пока что нет.

Элементарных фермионов гораздо больше, чем элементарных бозонов. Их делят на два класса: лептоны и кварки. Они отличаются тем, что кварки участвуют в сильном взаимодействии, а лептоны — нет.

Лептоны бывают трех поколений, в каждом поколении два лептона — один заряженный и один нейтральный. Первое поколение: электрон и электронное нейтрино, второе — мюон и мюонное нейтрино, третье — тау-лептон и тау-нейтрино. Лептоны очень похожи друг на друга, мюоны и тау-лептоны(так же как и электроны) могут образовывать атомы, заменяя на орбиталях электроны.

Главное их отличие — в массе: мюон в 207 раз тяжелее электрона, а тау-лептон в 17 раз тяжелее мюона. С нейтрино должна быть похожая история, но их массы настолько малы, что до сих пор не измерены. Эти массы точно ненулевые, доказательство этого факта было отмечено Нобелевской премией в 2015 году. Мюон и тау-лептон нестабильны: время жизни мюона примерно 0,2 миллисекунды (что на самом деле довольно долго), тау-лептон распадается примерно в 17 раз быстрее.

Особенности нейтрино состоят в том, что они участвуют только в слабом взаимодействии, из-за этого их очень трудно засечь. Также они могут произвольно менять свой сорт: к примеру, электронное нейтрино может внезапно превратиться в мюонное, или наоборот. В отличие от бозонов, у лептонов существуют античастицы. Таким образом, всего лептонов не 6, а 12.

В английском слово funny может иметь значения «забавный» и «странный». Вот кварки как раз и есть funny. Они забавно называются: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный. И они очень странно себя ведут. Существует три поколения кварков, по два кварка в каждом, и точно так же у них у всех существуют античастицы. Кварки участвуют как в электромагнитном и слабом взаимодействиях, так и в сильном.

Для заметки: фермионы, участвующие в сильном взаимодействии, называются адронами; таким образом, адроны — это частицы, состоящие из кварков. Поэтому Большой адронный коллайдер, собственно, называется адронным: там сталкивают протоны или ядра атомов (адроны), но не электроны. Кварки любят образовываться в частицы из трех и двух кварков, но никогда не появляются по одному. В этом и заключается их странность. Частицы из трех кварков называют барионами, а из двух — мезонами.

Почему они так делают? Это происходит из-за особенностей сильного взаимодействия, которое удерживает кварки в адронах. Сильное взаимодействие очень интересно: вместо одного заряда, как в электромагнитном, у сильного их бывает три. И оказывается, что существуют только нейтральные частицы, а нейтральной частица может быть, только если в ней есть либо три разных заряда одного знака, либо два одинаковых заряда разного знака.

Из-за этой особенности (и для удобства) заряды начали называть красным, зеленым и синим, а соответствующие отрицательные заряды — антикрасным, антизеленым и антисиним. Получается, что если взять красный, зеленый и синий, мы получим белый, то есть нейтральный; если взять красный и антикрасный, мы тоже получим белый. Это легко запоминается, но стоит подчеркнуть, что это не имеет никакого отношения к цветам, к которым мы привыкли в жизни.

Это просто красивая и удобная аналогия со смешиванием. В Стандартной модели каждый кварк может быть любого из трех цветов, а антикварк — любого из трех «антицветов». Получается, что ни один из кварков не может быть непосредственно зарегистрирован, ведь свободно существовать могут только бесцветные частицы, а кварки «раскрашены». Эта особенность их поведения называется конфайнментом, что с английского дословно переводится как «заточение».

Хорошо — допустим, что кварки не могут существовать свободно. Но что если просто взять мезон, состоящий из двух кварков, и разорвать его на две части? Не получим ли мы два кварка? (На самом деле нет.) Представьте, что мезон очень сильно растягивают. В отличие от электромагнитного, сильное взаимодействие тем сильнее до определенного предела, чем взаимодействующие частицы дальше друг от друга.

Это похоже на пружину: чем сильнее ее растягивать, тем сильнее она будет сжиматься и тем больше у нее будет энергии. Чтобы сильнее стягивать кварки, сильное взаимодействие создает новые глюоны. И чем дальше мы их растягиваем, тем больше глюонов создается.

Но в какой-то момент энергия этих созданных глюонов становится настолько большой, что выгоднее становится создать новую пару кварк-антикварк, чем продолжать плодить глюоны. Много глюонов исчезает, вместо них появляются кварк и антикварк. В момент появления кварк-антикварковой пары из четырех кварков создаются два мезона, каждый из которых бесцветен.

Может показаться, что теория замкнута сама на себе и что кварков на самом деле не существует, а конфайнмент, по сути, костыль, который придумали только для того, чтобы прекратить поиски кварков; что это просто удобная модель, которая не имеет под собой физического обоснования. Долгое время в научных кругах ходила такая мысль.

Однако поздние теоретические исследования и недавние экспериментальные показывают, что при определенных условиях кварки могут покидать адроны. Более того, это состояние материи существовало практически сразу после большого взрыва, и только после сильного охлаждения кварки связались в адроны. Такое состояние материи сейчас исследуют на Большом адронном коллайдере в эксперименте ALICE. Для его получения нужна температура в два триллиона градусов. Это состояние материи называется кварк-глюонной плазмой.

Для понимания, что есть кварк-глюонная плазма, стоит провести аналогию. Представьте себе воду в невесомости. Она находится в жидком агрегатном состоянии, и из-за сил поверхностного натяжения она имеет вид шара — можно сказать, что она заточена в этот шар. Начнем повышать температуру. Когда она достигнет 100 градусов, вода начнет кипеть, активно испаряться и со временем полностью станет паром, у которого уже не будет силы поверхностного натяжения.

Явление превращения воды в пар называется фазовым переходом. Если продолжить нагревать пар, то примерно при 1 400 градусах молекулы воды разделятся на водород и кислород — сдиссоциируют, — и вода станет смесью кислородной и водородной плазм. Это еще один фазовый переход. Теперь возьмем газ — но не из молекул воды, а из адронов — и начнем его нагревать.

Придется нагревать весьма сильно, потому что для фазового перехода нужна температура примерно в два триллиона градусов. При такой температуре адроны как бы «диссоциируют» в свободные кварки и глюоны. Таким образом, адрон совершит фазовый переход в состояние кварк-глюонной плазмы. Это явление называется деконфайнментом, то есть процессом освобождения кварков из адронов.

Последнего экспериментального подтверждения Стандартная модель ждала около 50 лет, но теперь бозон Хиггса найден — что дальше? Можно ли думать, что великие открытия закончились? Конечно, нет. Стандартная модель изначально не претендовала на звание теории всего (ведь она не включает в себя описание гравитации). Более того, в декабре прошлого года ATLAS и CMS в коллаборации опубликовали статьи о возможном обнаружении новой тяжелой частицы, не вписывающейся в Стандартную модель.

И физики не грустят, а, наоборот, рады, ведь сам Большой адронный коллайдер строили не для того, чтобы подтверждать уже известное, а чтобы открывать новое. И так же «новая физика» не говорит о том, что Стандартная модель будет вычеркнута и предана анафеме. Мы ученые, и если что-то точно работает (а Стандартная модель это доказала), то оно должно быть частным случаем любой новой теории, иначе новая теория будет противоречить старым экспериментам.

Источник:

econet.ru

404 ошибка - страница не найдена

Получите скидку!

Скидка 25% на первый заказ от 5 000 рублей + бонусные баллы!

Скидка 25% по промо-коду предоставляется только на первый заказ новым и зарегистрированным пользователям.

Минимальная сумма заказа - 5 000 рублей.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка 5% для зарегистрированных пользователей при заказе от 500 рублей!

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка 7% на первый заказ при покупке от 1 000 рублей + бонусные баллы!

Скидка 7% по промо-коду предоставляется только на первый заказ новым и зарегистрированным пользователям.

Минимальная стоимость заказа = 1 000 рублей.

За каждый выкупленный заказ, а также за определенные действия вы получаете на свой счет бонусные баллы. 1 балл = 1 рубль

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка 10% на первый заказ при покупке от 2 000 рублей + бонусные баллы!

Скидка 10% по промо-коду предоставляется только на первый заказ новым и зарегистрированным пользователям.

Минимальная стоимость заказа = 2 000 рублей.

За каждый выкупленный заказ, а также за определенные действия вы получаете на свой счет бонусные баллы. 1 балл = 1 рубль.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка на заказ

Помогаем педагогам школы и детского сада! Скидки 25%!

Акция доступна для всех клиентов интернет-магазина "УчМаг". Акция распространяется на определённую группу товаров.

Действует до: 26 января 2018 г.

Скидка на заказ

Вы готовы к праздникам? Скидка до 30%!

Акция доступна для всех клиентов интернет-магазина "УчМаг". Акция распространяется на определённую группу товаров.

Действует до: 11 марта 2018 г.

Скидка на заказ

Новогодняя распродажа! Скидки 50%!

Акция доступна для всех клиентов интернет-магазина "УчМаг". Акция распространяется на определённую группу товаров.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка на заказ

Одежда и аксессуары на осень - зиму 2017!

Ввод промокода не требуется.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидки до 70%!

ТРЕНД КУРС со скидками до 70%!

Ввод промо-кода не требуется!

Используйте фильтр "по скидке" для того, чтобы найти самые выгодные скидки раздела!

Действует до: 28 января 2018 г.

Лучшие акции!

Лучшие акции от Wildberries в одном месте!

Акции могут закончится раньше времени по решению интернет-магазина.

Скидка распространяется только на товары, участвующие в акциях.

Действует до: 28 января 2018 г.

Деньги в подарок

500 рублей на шопинг!

Необходимо подписаться на новости.

Действует до: 28 января 2018 г.

Скидки до 60%!

Выбор стилиста для детей со скидками до 60%!

Выбор стилиста для детей со скидками до 60%!

Без ввода промокода.

Скидка распространяется только на товары из данного раздела.

Действует до: 28 января 2018 г.

Скидки до 70%!

Выбор стилиста для женщин со скидками до 70%!

Выбор стилиста для женщин со скидками до 70%!

Без ввода промокода.

Скидка распространяется только на товары из данного раздела.

Действует до: 28 января 2018 г.

Скидки до 70%!

Выбор стилиста для мужчин со скидками до 70%!

Выбор стилиста для мужчин со скидками до 60%!

Без ввода промокода. Предложение ограничено. скидка распространяется только на товары из данного раздела.

Действует до: 28 января 2018 г.

Спецпредложение

Новинки книг по супер цене!

Ввод промокода не требуется.

Действует до: 31 января 2018 г.

Спецпредложение

Книжные бестселлеры по супер цене!

Ввод промокода не требуется.

Действует до: 31 января 2018 г.

Спецпредложение

Книга – лучший подарок!

Ввод промокода не требуется.

Детали на странице акции.

Действует до: 31 января 2018 г.

Спецпредложение

Аудиокниги – любимые произведения в дороге, на отдыхе и за рулём по супер цене!

Ввод промокода не требуется.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка на заказ

Дополнительные детали на странице акции.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка на заказ

Дополнительные детали на странице акции.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка на заказ

Дополнительные детали на странице акции.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка на заказ

Лучшие из лучших!

Дополнительные детали на странице акции.

Действует до: 31 января 2018 г.

Спецпредложение

Дополнительные детали на странице акции.

Действует до: 31 января 2018 г.

Подарок к заказу

В самом первом письме — две книги в подарок!

Детали на странице акции.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидки до 15%

Книжная эволюция! Скидка до 15%!

Чтение из одноклеточного сделало человека. Каждый пользователь получает скидку 5% сразу после регистрации. Скидка эволюционирует вместе с вами и зависит от суммы, потраченной в нашем магазине. Максимальная личная скидка 15%. Промо-коды на странице.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидки до 50%

Скидка по книжной эволюции суммируется со скидками по акциям. Общая скидка от 5% до 50%.

Действует до: 31 января 2018 г.

Плюс 5% за большой заказ!

За заказ от 10 000 к сумме скидок по эволюции и акции вы получите еще 5%. Общая скидка не больше 50%.

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидки до 50%

Акции недели! Скидки до 50%!

Действует до: 31 января 2018 г.

Скидка до 35%!

Праздничными скидки до 35%!

Детали на странице акции.

Действует до: 14 января 2018 г.

Спецпредложение

Лучшие книги 2017 года!

Дополнительные детали на странице акции.

Действует до: 20 января 2018 г.

Бонусы в подарок

Дарим бонусы за рекомендацию

Дополнительные детали на странице акции.

Действует до: 28 февраля 2018 г.

Скидка -50% на все!

Ввод промокода не требуется

Действует до: 15 января 2018 г.

Скидка до 40%!

Скидка до 40% на лучшие аудиокниги МИФа!

Аудиокнига «Будь лучшей версией себя» в подарок за подписку.

Источник:

biblioteka.net.ru

Хиггсовский бозон выглядит стандартным в данных 2016 года • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • Хиггсовский бозон, Поиск Новой физики, Физик

Хиггсовский бозон выглядит стандартным в данных 2016 года

Рис. 1. «Старый знакомый» в данных 2016 года: распределение двухфотонных событий по инвариантной массе при вычитании фона демонстрирует ровный хиггсовский пик при массе 125 ГэВ. График с сайта cms-results.web.cern.ch

На прошедшей в марте серии конференций Moriond 2017 были впервые представлены результаты Большого адронного коллайдера, полученные на всей статистике 2016 года. В круг тем, к которым было приковано особое внимание, традиционно входит и хиггсовский бозон. Открытый на коллайдере пять лет назад, бозон Хиггса превратился из самоцели в инструмент исследования: с его помощью физики теперь пытаются найти намеки на долгожданную физику за пределами Стандартной модели. Впрочем, Стандартная модель вновь выдержала проверку, на этот раз — хиггсовскими данными 2016 года.

Предыстория

В 2012 году хиггсовский бозон был открыт на Большом адронном коллайдере. На смену целой эпохе поисков, длившейся почти полвека, пришла новая эпоха — тщательного изучения бозона Хиггса. Этот бозон — частица совершенно иного сорта, чем всё то, что когда-либо нам встречалось в микромире, и потому она должна быть изучена экспериментально вдоль и поперек. Многие теоретики всерьез рассчитывают, что хиггсовский сектор нашего мира — не такой простой, как в Стандартной модели, а гораздо богаче. Более того, за этим бозоном могут скрываться целые миры неведомых элементарных частиц, к которым были нечувствительны другие эксперименты и которые мы теперь можем прозондировать «хиггсовским инструментом». Это всё держит физиков в напряженном ожидании и в лихорадочном поиске новых способов изучать микромир так, как мы не умели раньше.

Рис. 2. Кратчайшее введение в хиггсовский бозон. Рисунок Игоря Иванова

Удобство бозона Хиггса как инструмента в том, что Стандартная модель однозначно и совершенно четко предсказывает разнообразные его характеристики: варианты и вероятности распада, сечение процессов его рождения, интенсивность его связи с другими частицами. Сводку этих предсказанных в СМ характеристик можно найти на странице Хиггсовский бозон с массой 125 ГэВ: ожидания Стандартной модели. Он стал для физиков родной, знакомой частицей, которую в массовых количествах производит Большой адронный коллайдер. Но поскольку экспериментальное исследование хиггсовского бозона только начинается, нас на каждом шагу могут ждать открытия — достаточно лишь обнаружить статистически достоверное отличие от предсказаний СМ в любой из этих величин.

Поначалу, в 2012–2013 годах, когда статистика была еще невелика, то тут, то там возникали и пропадали намеки на что-то необычное: полистайте нашу ленту хиггсовских новостей за те годы. Однако по мере анализа данных Run 1 эти отклонения исчезали. Окончательные данные ATLAS и CMS на всей статистике Run 1, опубликованные в 2016 году, продемонстрировали разочаровывающе стандартную картину хиггсовского бозона. Сводка этих результатов в максимально сжатом виде приведена на рис. 3.

Рис. 3. Свойства хиггсовского бозона по результатам сеанса LHC Run 1. Рисунок Игоря Иванова

Когда LHC заработал на рекордной энергии столкновений 13 ТэВ, темп набора хиггсовской статистики возрос в несколько раз. В середине прошлого года на международной конференции ICHEP 2016 были обнародованы данные Run 2, полученные на основе светимости 12–15 fb ?1 (см. подробности в новостях ICHEP 2016: Хиггсовский бозон отлично виден в новых данных и ICHEP 2016: Добавлены новые штрихи к «портрету» бозона Хиггса). Картина в целом тоже выглядела довольно стандартной: все измеренные характеристики, за исключением разве что ttH-канала рождения, в пределах погрешностей совпадали с предсказаниями СМ. Процесс ttH демонстрировал небольшое отклонение, которое, впрочем, слишком большого энтузиазма всё равно не вызывало.

Тем не менее всегда остается вариант, что бозон Хиггса действительно таит в себе яркие открытия, но только заметными они станут лишь при уменьшении погрешностей. Поэтому набор статистики очень важен для хиггсовской физики: чем больше данных, тем более точно мы измерим характеристики бозона и тем более редкие процессы с его участием сможем заметить. Накопленная к настоящему времени статистика сеанса Run 2 составила 36 fb ?1 , что втрое превышает объем данных прошлого лета и существенно перекрывает всю статистику Run 1. Так что физики были готовы увидеть здесь намеки на явления, которые не удавалось заметить раньше.

Доклады по свойствам хиггсовского бозона, сделанные на конференциях Moriond EW и Moriond QCD — двух ключевых весенних конференциях по физике элементарных частиц, — дополняли друг друга. В них были показаны новые предварительные результаты по разным каналам рождения и распада бозона и по изучению некоторых его свойств. Не все эти результаты базируются на полной статистике Run 2; в некоторых вариантах, где анализ еще продолжается, физики ограничились данными, набранными только прошлой весной и летом, а то и вовсе данными 2015 года. Ниже мы перечислим те пункты хиггсовской исследовательской программы, которых коснулись обновления.

Распад H>??

Коллаборация CMS впервые показала результаты полной статистики Run 2 (публикация CMS-PAS-HIG-17-015), см. рис. 1. ATLAS ограничилась пока повторением результатов прошлого лета (публикация ATLAS-CONF-2016-067). Оба измерения в пределах погрешностей согласуются со Стандартной моделью.

Отметим одну существенную тонкость. Вывод о том, отличается ли хиггсовский сигнал от предсказаний СМ, опирается на сложные расчеты сечения рождения бозона Хиггса в столкновении протонов. Сейчас экспериментаторы сравнивают свои данные с предсказаниями, сосчитанным в третьем-за-главным порядке теории возмущений (next-to-next-to-next-to-leading-order, NNNLO), в отличие от второго порядка (NNLO), который использовался во время Run 1. Обычно настолько далекие порядки в разложении дают очень малые добавки, но для сечения рождения бозона Хиггса в слиянии двух глюонов они составили солидные 10%. Эти вычисления были завершены совсем недавно, в 2015 году, и они лишний раз показали, что сверхсложный расчет тысяч диаграмм — это не прихоть скучающих теоретиков, а дело, реально нужное для правильной интерпретации экспериментальных результатов.

Распад H>ZZ*>4 лептона

ATLAS также не раскрывает пока новых данных и ограничивается прошлогодними результатами (ATLAS-CONF-2016-079). CMS показала данные Run 2 на статистике 35,9 fb ?1 . Хиггсовский пик прекрасно виден на распределении по инвариантной массе четырех лептонов (рис. 4); сравните это распределение с результатом 2013 года или с прошлогодними данными (рис. 3 в новости ICHEP 2016: Хиггсовский бозон отлично виден в новых данных).

Рис. 4. Распределение по инвариантной массе четырех лептонов в данных CMS Run 2. Точки — экспериментальные данные, синяя гистограмма — вклад фоновых процессов, красная гистограмма — вклад хиггсовского бозона. Рисунок с сайта cms-results.web.cern.ch

Величина хиггсовского сигнала составила \( \mu_=1<,>05^<+0<,>19>_<-0<,>17> \) по отношению к предсказаниями СМ. Хиггсовский пик в этом канале настолько четкий, что по его положению CMS измерила массу бозона: m = 125,26±0,20±0,08 ГэВ, где отдельно указаны статистическая и систематическая погрешности. Это новое измерение — в одиночку! — превзошло по точности объединенный результат ATLAS и CMS по всем каналам в данных Run 1.

Кроме того, CMS отчиталась об анализе углового распределения в распаде бозона Хиггса на 4 лептона (CMS-PAS-HIG-17-011). Оно тоже не противоречит ожиданиями СМ, что позволило установить ограничения на гипотетические аномальные варианты связи между бозоном Хиггса и Z-бозонами. Подчеркнем, что канал распада на 4 лептона настолько редкий, что до сих пор детекторы видели лишь горстку событий, и строить по ним многомерные распределения было бы мало осмысленно. Сейчас количество зарегистрированных событий — порядка сотни, и из этой статистики уже можно выделять более детальную информацию.

Канал рождения ttH

Совместное рождение хиггсовского бозона и пары топ-антитоп-кварков — это сегодня, пожалуй, самый любопытный процесс с участием бозона Хиггса. Из-за его редкости физики не ожидали увидеть этот процесс в данных Run 1, однако он проступил в данных обеих коллабораций с интенсивностью в 2–3 большей, чем предсказывала СМ. Это отклонение получило название ttH-аномалии и вызвало живой интерес у теоретиков. Вдобавок, при переходе с 8 на 13 ТэВ вероятность этого процесса возрастает почти вчетверо, и оказалось, что самые первые результаты сеанса Run 2 эту аномалию не закрывали. Поэтому исследователи находились в нетерпеливом ожидании вердикта LHC по итогам 2016 года.

Сразу скажем, что окончательно вердикта пока и нет: слишком трудоемким оказался анализ всех вариантов распада такого набора частиц. ATLAS, опять же, новых данных на этот счет пока не представила. А вот CMS подготовила неприятный сюрприз. По результатам изучения некоторых конкретных каналов распадов оказалось, что процесс ttH не только не превышает СМ, но даже не дотягивает до него (CMS-PAS-HIG-17-003). Особенно обескураживающим выглядит вариант, когда хиггсовский бозон, рожденный в ttH-канале, распадается на b-анти-b-кварки (CMS-PAS-HIG-16-038). Там этого процесса не видно вообще — формальный анализ данных выдает отрицательный результат для его вероятности! — хотя по всем расчетам он должен был проступить. Это означает, что даже если в других вариантах распадов будет видно какое-то превышение (как, например, в многолептонном канале в данных того же CMS, CMS-PAS-HIG-17-004), то объединенный результат, по всей видимости, уже не будет сильно отличаться от СМ.

На рис. 5 приведена нынешняя довольно запутанная ситуация с рождением ttH в разных каналах. Данные ATLAS и CMS разнятся, данные по разным каналам внутри одной коллаборации тоже сильно отличаются. Их объединение «на глаз» дает нечто около единицы и ни в коей мере не подтверждает исходную ttH-аномалию (число, указанное вверху). Пожалуй, единственное, что тут можно сказать наверняка на основании этих и других подобных данных, — что физики пока еще недостаточно хорошо умеют анализировать процессы рождения топ-кварковой пары в сопровождении других частиц. Здесь предстоит большая работа, но складывается впечатление, что еще одна загадка коллайдера вот-вот будет закрыта. Впрочем, дождемся официальных данных ATLAS и CMS.

Рис. 5. Интенсивность процесса ttH по сравнению с предсказаниями Стандартной модели в данных обеих коллабораций при обработке разных каналов распада бозона Хиггса. Из доклада Nicolas Chanon на конференции Moriond QCD

Редкие процессы

Кроме тех процессов, в которых хиггсовский бозон виден отчетливо, физики пытаются зарегистрировать и более редкие варианты его рождения и распада. Так, коллаборация ATLAS представила результаты по двум таким процессам, полученным на всей статистике Run 2. Первый — это распад бозона Хиггса на мюоны. Это очень редкий распад, и его редкость обусловлена малой массой мюонов: стандартный бозон Хиггса распадается на фермионы с вероятностью, пропорциональной квадрату массы. Однако существуют модели Новой физики, в которых такой распад может быть усилен. Кроме того, это единственный пример процесса, где есть реальный шанс измерить «силу сцепления» бозона Хиггса с фермионами не третьего, а второго поколения. Поэтому физики его настойчиво ищут, несмотря на то, что нынешняя статистика пока недостаточна для его регистрации — кто знает, вдруг повезет.

Мы уже писали в 2014 году про такой анализ ATLAS по итогам Run 1 (ATLAS ищет распад бозона Хиггса на мюоны); тогда было установлено ограничение на его вероятность, в 7 раз превышающее предсказание СМ. Сейчас ATLAS выполнила новый анализ и установила более сильное ограничение сверху, всего в 3 раза больше СМ (ATLAS-CONF-2017-014). Не исключено, что к концу сеанса Run 2 физики наконец-то начнут чувствовать этот распад.

Второй интересный процесс, о котором отчиталась ATLAS, — это рождение бозона Хиггса в сопровождении частиц темной материи (ATLAS-CONF-2017-024). Этот процесс в Стандартной модели, конечно, невозможен, поскольку кандидатов в частицы темной материи там нет, но он довольно часто встречается в разных теориях Новой физики (рис. 6). Частицы темной материи детектор, конечно, уловить не сможет. Но зато они унесут поперечный импульс, и детектор это почувствует. Поэтому коллаборация ATLAS отбирала такие события, где рождались два фотона с инвариантной массой, точь-в-точь попадающей на массу бозона Хиггса, и при этом наблюдался бы сильный дисбаланс поперечного импульса. Увы, ничего необычного замечено не было.

Рис. 6. Два варианта рождения хиггсовского бозона h вместе с парой частиц темной материи ?: через гипотетический тяжелый аналог Z-бозона (слева) и через тяжелого «собрата» хиггсовского бозона H (справа). Рисунок с сайта atlas.web.cern.ch

Коллаборация CMS предъявила результаты поиска другого редкого процесса — одновременного рождения двух бозонов Хиггса. В рамках СМ этот процесс пока безнадежен для LHC, но его резкое усиление в разных многохиггсовских моделях Новой физики оставляет шанс для сенсаций. Пока что этого не произошло. Детектор CMS этот процесс не увидел, и было установлено ограничение сверху на его вероятность, которое превышает ожидание СМ в 28 раз (CMS-PAS-HIG-17-002). Впрочем, это куда лучше результатов Run 1: тогда ограничение сверху аж в 70 раз превышало СМ.

В техническом плане Большой адронный коллайдер работает идеально и ставит рекорд за рекордом. Статистика, набранная за 2016 год, с лихвой перебивает все предыдущие годы работы коллайдера. Эта статистика требует тщательной обработки, поэтому основанные на ней результаты будут появляться еще не один год. Анализ данных тоже достигает новых высот сложности и прозорливости. Однако научная отдача пока не столь радужна, как о том мечтали физики в преддверии сеанса Run 2. Та небольшая подборка хиггсовских результатов, которая была представлена на конференциях из серии Moriond, пока не дает указаний на какие-либо кардинальные отличия свойств бозона Хиггса от предсказаний СМ. Впрочем, впереди нас ожидает в десятки раз больше хиггсовских результатов — нам требуется лишь запастись терпением.

2) Таблица предварительных хиггсовских результатов коллабораций ATLAS и CMS.

Ну и сразу придумаю, что CMS плохо ловит заряженные частицы :)

P.S. Пошел читать про его устройство.

И так уж вышло, что в моих ранних представлениях о физике частиц было немного не так. В ней глюон не может ДО столкновения распасться в частицы массой 1 ГэВ и выше, так как без взаимодействия не существует такой выделенной СО, в которой часть протона имеет энергию больше, чем его масса покоя. Но Вы объяснили, что виртуальные частицы могут обладать куда большей энергией (вроде тех же W/Z в любом слабом взаимодействии).

"каждый из которых расщепляется перед столкновением".

Если под "перед" Вы имеете в виду "в процессе", то я Вас не так понял.

m12^2 = E12^2/c^4 – p12^2/c^2 может быть отрицательной. Правда Вы пишете, что

и эта величина явно больше 0.

У глюонов она вообще 0, а у кварка может стать квадрат отрицательным только в СО с комплексной скоростью.

P.S. Про мой комментарий ниже - там скорее нужно сказать, что в процессе разгона идет перераспределение энергии между партонами одного протона.

С одной точки зрения есть вероятность того, что свыше 90% энергии покоя протона содержится в глюонах, а не парах кварк-антикварк. Другое фантастическое предположение - это что энергия глюонов (то есть вероятность) распределяется между протонами на расстояние куда больше, чем их размер.

Ну а потом я ещё вспомнил, что глюоны у нас бозоны и там со статистикой что-то не так, как с фермионами будет.

P.S. Сейчас почитаю Ваш ответ выше.

"Увы, ничего необычного замечено не было."

А так, внезапное обнаружение частиц ТМ с массой в диапазоне энергий от 27 ГэВ и выше было бы интересным. Нужно глянуть, какие текущие ограничения на сечения. И они в терминах "сечение взаимодействия частиц ТМ с партонами энергией X ГэВ идут" кажется.

Другой вопрос в контексте рис. 6 - для частиц ТМ (родившихся в столкновении/распаде) опять нету шансов столкнуться ни с чем? Или при огромном времени жизни они могут дожить до следующего пучка?

Вероятность рождения t + anti-t + H принципиально выше в теории, чем H + H при том же процессе (2 глюона)?

Или реакция g + g -> H + H вообще не возможна в СМ?

В 2017 ресурс глухо замолк .

Что кончилось, деньги или

интерес к LHC "стандартным чудесам"?

Ковырялся в научпопе и наткнулся на заметку. Венгерские физики открыли новую частицу, которую калифорнийские физики предлагают назвать "протонофобным Х-бозоном". Явление происходило при бомбардировке листа лития и возникновении ядер бериллия-8.

Другие ученые не согласны с подобной интерпретацией результатов Краснахоркаи и его коллег. Опрошенные Nature физики считают, что подобное поведение маловероятно, хотя в принципе и возможно, а другие советуют дождаться повторной проверки экспериментов венгерских физиков, которую проведет коллаборация DarkLight в ближайший год.

Стандартная модель физики предсказывает, что частота появления подобных пар будет сильно зависеть от того, под какими углами будут разлетаться формирующиеся электроны и позитроны – чем больше этот угол, тем меньше должно возникать "атомов" позитрония, как называют такие конструкции ученые.

К большой неожиданности Краснахоркаи и его коллег, происходило нечто иное – когда угол разлета приближался к отметке в 140 градусов, число электрон-позитронных пар резко вырастало. Это указало на то, что в данном процессе замешаны некие частицы или силы, выходящие за пределы Стандартной модели.

"В исходной экспериментальной работе, на которой основаны эти теоретические построения, говорится о том, что наблюдения за переходами между возбужденными состояниями атома бериллия-8 дают результаты, расходящиеся с нынешним теоретическим описанием. Всяческие отклонения в ядерной физике возникают регулярно, поскольку адекватно сосчитать спектр возбуждений ядер, путь даже легких, крайне тяжело", — прокомментировал исследование Игорь Иванов, известный российский физик и популяризатор науки.

Но я не помню, кому я давал согласие на его перепечатку. В любом случае, тема продолжения пока не получила, я про новые экспериментальные результаты в этом направлении не слышал.

Этот самый лист лития, как известно, состоящий из

Li6 (7.3%) и Li7(остальное), исследовали в ИФХ

в начале пятидесятых годов, о чём упомянул

В.И.Ритус в свежем номере УФН.(N4 2017г.)

Там же записана реакция (19)

Li7 + n = Li8 + 1,98 Мэв

с последующим бета-распадом

Li8 ->Be8 + e- + электронное антинейтрино

и финалом цепочки реакций

Be8 = 2He4 + 0,05 Мэв.

У меня возникает такой вопрос:

возможно ли тут "внедрить" протонофобный

>. Как полагают венгерские физики, подобное поведение бериллия-8 связано с тем, что его ядра во время их формирования в листе лития испускают особый сверхлегкий бозон, частицу-переносчик одного из четырех(?) фундаментальных взаимодействий, который распадается на электрон и позитрон.

и >. калифорнийские ученые предлагают назвать ее «протонофобным Х-бозоном». Подобное название объясняется тем, что они полагают, что данная частица взаимодействует не с протонами и электронами, как обычные фотоны и их «темные» собратья, а с электронами и нейтронами(!)

нейтроны, это для меня тема особая. Думаю они тут не зря упомянуты.

Согласен с тем, что венграм и карты в руки с их методикой,

а заграница им поможет (если сможет).

Думаю, что тут без систематики ядер не

обойтись. Основываюсь на "The application of the group SU(2) x SU(2) x SO(4,2) to the periodic table of chemical elements

Среди всех реакций в адронных коллайдерах изменение констант ЭМ и слабого взаимодействия хорошо заметны? И на LEP не только открывали бозоны, но и что-то похожее на это при высоких энергиях было видно?

Если точно подтверждены эти каналы рождения, то решите систему уравнений:

Ну и каналы распада на кварки и лептоны вывод дают, что конечно не 2.

по итогам Морионда или никаких существенных изменений пока нет?

Это пробовали предположить гипотезу, что вместо бозона Хиггса нашли частицу со спином 1 или 2? Правда мне кажется, что первая из них не может распасться на 2 W-бозона. Или на ZZ + WW, как на стр. 40.

Источник:

elementy.ru

Иван Меренков Про Кварки, Бозоны И Стандартную Модель в городе Улан-Удэ

В данном каталоге вы можете найти Иван Меренков Про Кварки, Бозоны И Стандартную Модель по доступной цене, сравнить цены, а также посмотреть прочие предложения в категории Наука и образование. Ознакомиться с свойствами, ценами и обзорами товара. Доставка производится в любой населённый пункт России, например: Улан-Удэ, Омск, Самара.