Sınıflandırma | temel parçacık |
---|---|
Kompozisyon | temel |
Aile | bozon |
Grup | zayıf Higgs alanı |
Sembol | H 0 |
kitle |
125,38 ± 0,14 GeV (CMS 2020) 125,35 ± 0,15 GeV (CMS 2019)124,97 ± 0,24 GeV (ATLAS 2018) 125,03+0,26 −0,27( stat )+0,13 −0,15( sys ) GeV c −2 (CMS 2014) 125.36 ± 0.37 (stat) ± 0.18 (sys) GeV c −2 (ATLAS 2014) |
---|---|
Elektrik yükü | 0 C |
Renk yükü | 0 |
Çevirmek | 0 |
Parite | +1 |
Ömür | 1,56 × 10 −22 sn ( standart model ) |
Tahmin |
François Englert ve Robert Brout Peter Higgs G. Guralnik , Carl Richard Hagen ve Thomas Kibble (1964) |
---|---|
Keşif |
4 Temmuz 2012 (reklam) 15 Mart 2013 (Onayla) |
Higgs bozonu da bilinen, diğer adlar olarak BEH bozonu ya Tanrı parçacığını , bir olan temel parçacık bağımsız varsayıldığı Varlığı, 1964 tarafından François Englert ve Robert fizikçiler tarafından, Peter Higgs tarafından Gerald Guralnik , Carl Richard Hagen ve Thomas Kibble , yardımcı olur açıklar kırılma bölgesinin birleşik elektrik etkileşme ikiye etkileşimler yoluyla Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-mamalara mekanizması ve bazı parçacıkların kütlesi ve diğerlerinin neden böylece açıklar. Varlığı 2012'de LHC'nin kullanımı sayesinde deneysel olarak doğrulandı ve Nobel Fizik Ödülü'nün 2013'te François Englert ve Peter Higgs'e atfedilmesine yol açtı .
Boson Higgs kuantum arasında Higgs alanı , veren bir kütle olmayan sıfır bozonlarının arasında zayıf bir etkileşim ( W ve Z, boson onlara ait bozonun farklı özellikler kazandıran,) elektromanyetik etkileşim , foton .
Bu temel parçacık , parçacık fiziğinin Standart Modelinin temel taşlarından birini oluşturur . Özelliklerinin bilgisi, araştırmayı Standart Modelin ötesine yönlendirebilir ve süpersimetri veya karanlık madde gibi yeni fiziğin keşfinin yolunu açabilir .
4 Temmuz 2012, CERN 99,999% 97 (5 duyarlılık seviyesi, bu tespit ettiğini bir konferansta açıkladı σ 125-126 civarında bir kitle etki), yeni bir bozon GeV c -2 o ile uyumlu görünüyor Higgs bozonu. Duyuru takip edilir,Eylül 17, 2012By yayında iki makale dergisinde Fizik Mektupları B . The15 Mart 2013, CERN, büyük olasılıkla onun gerçekten de Higgs bozonu olduğunu doğrular.
Higgs bozonunun sembolü H 0'dır .
Parçacık fiziğinin standart model yalnızca tek bir BEH bozonun varlığını tahmin: bu olarak adlandırılır “standart Higgs boson” . Of Standart Model ötesinde teorileri gibi, Süpersimetri , birkaç bozonlar varlığı kütleleri ve farklı özellikleri bu tip izin .
Arayışı skalar bozonun (veya Higgs boson) öncelikleri biridir LHC'in , ardıl tanecik hızlandırıcı LEP de CERN için, operasyonel10 Eylül 2008. Araştırma durumuAralık 2011Bir seminer varsa kendi enerji, aralıkta yalan muhtemelen gerektiğini CERN'de sonra düzenlenen sırasında Higgs bozonu varlığına sonuçlandırmak izin vermez, ancak desteklenir 116 - 130 GeV göre ATLAS deneylerinde ve 115 - CMS'ye göre 127 GeV . LHC veya Tevatron ( proton antiproton çarpıştırıcısı ), süpersimetrik modelin tahminine bağlı olarak standart modeli veya beş Higgs bozonunu (üç nötr ve iki elektrik yükü taşıyan) karşılayan bir Higgs bozonu keşfedebilir .
Çok beklenen resmi bir açıklamada CERN, 4 Temmuz 2012, Higgs bozonundan beklenenlerle tutarlı özellikler sergileyen bir parçacığın 5 σ kesinlik olasılığıyla ( % 99,999 9'a karşılık gelir) yeterli bir olasılıkla varlığını medyaya doğruladı . Bu keşfin çok olası doğasını sorgulamayan kesin bir teyit için, diğer özelliklerin, özellikle de bu parçacığın bozunma hızı ve modları ölçülmelidir. Bu nedenle, bu tanımlama henüz keşfedilenin mutlaka Higgs bozonu olduğu anlamına gelmez; kurulması muhtemelen birkaç yıl daha araştırma gerektirecektir.
14 Mart 2013'te CERN, yeni keşfedilen bozonun , standart modelin Higgs bozonundan olup olmadığı henüz kesinleşmemiş olsa da, bir Higgs bozonu gibi "gittikçe daha çok göründüğünü" belirttiği bir basın bülteni yayınladı .
28 Ağu 2018CERN fizikçileri, Atlas ve CMS dedektörlerini kullanarak bozonun bir çift alt kuarka bozunmasını tespit ettiklerini ve böylece standart modeli doğruladıklarını duyurdular.
Skaler bozonun (Higgs) varlığı, doğrudan tespit edilemeyecek kadar kısadır: sadece bozunma ürünlerini veya hatta ikincisinin bozunma ürünlerini gözlemlemeyi umabiliriz. Ek olarak, sıradan parçacıkları içeren olaylar, bir Higgs bozonu tarafından üretilene benzer bir sinyal üretebilir.
Dahası, bir parçacık yalnızca kendi kütlesine . Dahası, böyle bir parçacık için kütleden bahsetmek küfürlüdür, çünkü modelde kütle artık parçacıkların içsel bir özelliği değil, Higgs alanıyla etkileşimlerinin bir ölçüsüdür .
Son olarak, bu bozonların hem üretilmesinde hem de tespit edilmesinde yer alan fenomenin karmaşıklığı , bozonun% 100 resmi tanımlanmasından ziyade istatistik açısından akıl yürütmeye yol açar .
Bu nedenle, parçacık fiziğinde bir keşif olduğunu ileri sürmek için, hata olasılığının% 0.00006'dan az olması gerekir ve bu , 5 σ güven aralığına karşılık gelir . Bu nedenle, böyle bir istatistiksel yaklaşım, deneyler sırasında bu olasılık seviyelerine ulaşmak için çok fazla sayıda çarpışmaya neden olmak anlamına gelir.
Higgs bozonunun varlığının doğrudan tespiti, belirli dedektörlerin parçacık hızlandırıcılarla birlikte kullanılmasını gerektirir . Aşağıdaki deneyler Higgs bozonunu tespit etmeye çalışmış veya teşebbüs etmiştir:
en LEP ( elektron - pozitron hızlandırıcı ) ALEPH , DELPHI , L3 ve OPAL . Higgs bozonu arayışında, LEP nispeten düşük enerjisiyle başarısız oluyor. LEP, 1989'dan 2000'e kadar işletildi. en Tevatron (proton anti proton hızlandırıcı) DØ ve CDF . LHC'den yedi kat daha düşük maksimum enerjisine rağmen, Tevatron çarpışmalar için daha az arka plan gürültüsüne izin verir ve proton-antiproton çarpışmalarını kullanmak, LHC gibi proton çarpışmalarında meydana gelmeyen belirli olaylar üretebilir. Tevatron 1983'ten 2011'e kadar faaliyet gösterdi. en LHC'in ( proton -proton hızlandırıcı ) ATLAS ve CMS . LHC, 2009'dan beri faaliyet gösteriyor.Şu anda üzerinde çalışılan Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı ( ILC ) ve Kompakt Doğrusal Çarpıştırıcı ( CLIC ) gibi doğrusal elektron-pozitron çarpıştırıcıları da dahil olmak üzere diğer araçlar, Higgs bozonunu tanımlamayı ve ilgili mekanizmaları daha iyi anlamayı kolaylaştırabilir.
Bu Higgs bozonu tespit edildiğini bir kez düşünülüyordu LEP içinde 2000 . Bununla birlikte, istatistiksel önem, bu gösterimin garanti edilmesi için çok düşüktü. 2002 yılında LEP'de yapılan araştırmalar, gözlemlenen olayların Higgs dahil edilmeden açıklanabilme olasılığının% 8 olduğu sonucuna varmayı mümkün kıldı.
CMS ve ATLAS deneyleri de LHC gözlemlemek için Aralık 2011'de ilan tutarlı aşırılıkları 124 126 etrafında GeV c -2 . Bu fazlalıklar, standart sapmanın , ancak istatistiksel olarak Higgs bozonunun keşfini kesin olarak doğrulayacak kadar önemli değildir.
Geçmiş ve şimdiki deneyimler , Higgs bozonunun bu dinlenme kütlesini belirli aralıklardan dışlamaya yol açar :
Higgs bozonunun temiz enerjisinin 2012'de (125,3 ± 0,6) GeV c −2 .
Birkaç yüz GeV / c²'nin ötesinde, standart Higgs bozonunun varlığı teori tarafından sorgulanır.
Diğer şeylerin yanı sıra, bozonların mekanizması ve kütlesi ile ilgili birkaç soru soruldu . Bu sorulara cevap vermek için , simetri kırılması kavramı elektro-zayıf teoride tanıtıldı .
Parçacıkların davranışındaki düzenliliklere simetri denir ve bunlar korunum yasalarıyla yakından ilgilidir . Simetri aynı zamanda değişmezlik kavramıyla da ilgilidir: Eğer bir fiziksel sistemde yapılan bir değişiklik herhangi bir gözlemlenebilir etki yaratmazsa, sistemin değişim değişmez olduğu ve simetriyi ima ettiği söylenir (bkz. Noether teoremi ).
Elektro zayıf birleşme, güçlerin bozonların değiş tokuşu tarafından üretildiği kavramına dayanır. İki fermiyon arasında (yarım tamsayı spin) bir kuvvet olduğunu söylediğimizde, aynı zamanda bozonları değiş tokuş ettiklerini de söylemektedir. Oradan, temel kuvvetleri ileten bozonların nasıl kütle kazandıklarını anlamalıyız. Elektrozayıf birleşme durumunda, foton olmadığında W ± ve Z ° bozonları nasıl kütle kazanırlar?
Göstergesi simetrileri güç vericiler (gösterge boson) kütlesiz gerektirir. Bozonların kütlesi sorununu aşmak için Salam , Glashow ve Weinberg , W ± ve Z ° 'nin bir kütle elde etmesine izin veren ayar simetrisini kıracak bir mekanizma icat etmek zorunda kaldı . Bu tür mekanizmalar, çeşitli teorisyenler tarafından başka bağlamlarda geliştirildi: Yoichiro Nambu , Jeffrey Goldstone , Sheldon Glashow, Peter Higgs ve Philip Warren Anderson .
Fikir, adı Higgs alanı olan yeni bir alanın varlığını varsaymaktır .
Elektromanyetik alan gibi bilinen diğer tüm alanların aksine , Higgs alanı skaler bir alandır ve boşlukta sabit sıfır olmayan bir değere sahiptir. Higgs alanı, düşük sıcaklıkta (enerji) uzayın Higgs parçacıklarıyla doldurulmamasını "tercih etmesi" açısından diğer alanlardan farklı olacaktır. W ± ve Z ° bozonları bu alanla (fotonun aksine) etkileşir ve uzayda kalın "pekmez" içinde hareket ediyormuş gibi hareket ederler. Bu şekilde etkili kütle elde ederler. Yüksek sıcaklıkta (enerji), Higgs alanındaki etkileşimler, boşluk artık bu Higgs melası ile dolu olmayacak (sıcaklık pekmezi sıvılaştırmış gibi biraz), W ± ve Z ° kütlelerini kaybedecek ve W ± , Z ° ve foton arasındaki simetri artık bozulmaz, "restore edilir". Açık olduğu söyleniyor. Bu nedenle, bir fermiyonun veya bir bozonun kütlesi, yalnızca parçacıkların "yıkandıkları" Higgs alanıyla bu etkileşiminin bir tezahürü olacaktır.
Higgs alanı yüksek enerjide simetriyi korur ve düşük enerjide simetrinin kırılmasını açıklar . Elektro zayıf bozonların kütlesinden sorumludur, ancak aynı zamanda fermiyonlarla (kuarklar ve leptonlar) etkileşime girerek "kütle" kazanır. En hafifleri, yakın zamana kadar sıfır kütleye sahip olduklarına inanılan nötrinolardır ; daha sonra 0,511 MeV c −2 kütleli elektron gelir . Ölçeğin en tepesinde , 175 GeV c −2 değeri ile açık ara en ağır temel parçacık olan üst kuark gelir .
Temel parçacıklar (bozonlar, fermiyonlar) Higgs alanı nedeniyle kütle kazanıyor, ancak neden her parçacık farklı bir kütle kazanıyor veya foton durumunda olduğu gibi hiç kütle kazanmıyor? Parçacıkların Higgs alanıyla olan yakınlığının gücü - eşleşme olarak adlandırılır - parçacıktan parçacığa neden bu kadar farklıdır ve bu nedenle bu kütle hiyerarşisi nasıl açıklanır? Bugün, bu soruların cevaplarını bilmiyoruz ve Higgs bozonu teorisi tek başına onlara cevap veremez.
Temel parçacık fizikçisi David J. Miller, bozonu ve Higgs mekanizmasını bir siyasi partinin üyelerini bir araya getiren bir kokteylle karşılaştırdı.
Higgs alanı, başlangıçta bir oturma odasını eşit şekilde dolduran bir grup insanla karşılaştırılır. Tanınmış bir siyasi figür oturma odasına girdiğinde etrafındaki aktivistleri kendine çeker ve bu da ona önemli bir "kitle" sağlar. Bu toplama, Higgs mekanizmasına karşılık gelir ve kütleyi parçacıklara atfeden odur.
Parçacıklara doğrudan kütle veren bozon değildir: Bozon, Higgs alanının ve parçacıklara kütle veren Higgs mekanizmasının bir tezahürüdür. Bu, bu metaforda şu fenomenle karşılaştırılabilir: Koridordan dışarıdan bir kişi, kapının yanındaki insanlara bir söylenti yayar. Aynı şekilde bir militan kalabalığı oluşur ve bilgiyi iletmek için bir dalga gibi odaya yayılır: bu kalabalık Higgs bozonuna karşılık gelir.
Bu nedenle Higgs bozonunun gözlemlenmesi, Higgs mekanizmasının varlığının çok güçlü bir göstergesi olacaktır, ancak bozonun kendisi olmasa bile var olabilir.
Normal madde kütlesinin yalnızca% 1'inin Higgs bozonundan kaynaklandığı düşünülebilir. Aslında, olağan madde, kendileri elektronlardan ve nükleonlardan (protonlar ve nötronlar) oluşan atomlardan oluşur. Bununla birlikte, elektronların kütlesi çok düşüktür ve nükleon kütlesinin% 99'u, kuarklar arasındaki bağlanma enerjisinden (güçlü kuvvetle) gelir, kendileri de çok hafiftir.
Hiçbir şekilde Higgs kendisi bazı gibi, babalık iddia François Englert , ne için, “bozon BEHHGK” Bu parçacığı isim daha ilgili olduğuna inanıyoruz Brout , Englert , Higgs , Hagen , Guralnik ve mamalara bazen "BEH boson" için basitleştirilmiş, Brout, Englert ve Higgs (ikincisi ismi kabul ediliyor 47 olan partikül fiziği Rencontres de Moriond La Thuile 2012 yılında) veya "skaler bozon kitle" veya "bozon kendiliğinden simetri kırılması (BSS) skalar” aramak için.
“ Yazımız 31 Ağustos 1964 tarihli Fiziksel İnceleme Mektuplarında Higgs'in makalesinin yalnızca masaya yatırıldığı sırada yayınlandı. Ve bu bizim metnimizden alıntı yapıyor. Yani önceliğimiz var. Peter Higgs'in kolayca kabul ettiği şey. Diyelim ki bağımsız ama birbirini tamamlayan bir şekilde birlikte keşif vardı. Matematiksel yaklaşım farklıydı. Birbirimizi tanımıyorduk. Bu parçacığı "Higgs bozonu" olarak adlandırmaya başladık ve değişmedik, oysa bilim adamları bunun "Brout-Englert-Higgs bozonu" ve BEH alanı olduğunu biliyorlar. Ben buna daha farklı bir ad vermeyi, yani bu bozonun yapısını daha iyi tanımlayan "skaler bozon" ve "skaler alan" demeyi tercih ediyorum. "
- François Englert, La Libre Belgique'de röportaj yaptı
Belirtme "parçacık-Tanrı" ve "Tanrı parçacığı" takma iki çevirileri vardır " Tanrı Parçacık " . Bu takma ad aslında yayıncısı tarafından dayatılan bir değişiklik olduğunu Leon Lederman en kitabında yazmıştı, " Lanet Parçacık " ( "lanet parçacığın" Fransız yarışmaya kelimesi kelimesine "lanetli parçacık", ya da "lanet parçacık"). Medyada yaygın olarak kullanılan bu isimler, genellikle fizikçiler tarafından kınanmaktadır.