Участник:ThreeAtoms IDem003

Версия 16:50, 19 января 2010

Образовательное учреждение: МОУ средняя школа №91

Руководитель команды: Устинова Ирина Николаевна

Состав команды: 1.Василевский Владимир 2.Сироткин Константин

Бозон Хиггса - гипотетическая массивная бесспиновая частица, квант соответствующего (хиггсовского) поля, возникающего в теоретических моделях со спонтанным нарушением симметрии (в том числе и в Стандартной модели) и ответственного за возникновение масс у элементарных частиц. 
   Стандартная модель предполагает, что существует еще одно поле, которое практически неотделимо от пустого пространства. Его принято называть полем Хиггса (по фамилии английского теоретика Питера Хиггса). Считается, что все пространство заполнено этим полем, и что частицы приобретают массу путем взаимодействия с ним. Те из них, которые сильно взаимодействуют с полем Хиггса, являются тяжелыми частицами, а слабовзаимодействующие - легкими. Этот эффект аналогичен эффекту движения тела в вязкой жидкости, когда оно за счет взаимодействия с жидкостью приобретает дополнительную эффективную массу. Еще один пример - электрон в кристалле. Из-за электромагнитного взаимодействия с атомами кристаллической решетки электрон приобретает эффективную массу, отличную от массы свободного электрона.
   Одна из важнейших задач современной физики - обнаружение хиггсовских частиц и изучение их свойств. Существование бозонов Хиггса чрезвычайно важно для физики элементарных частиц. По современным теоретическим представлениям, хиггсовские бозоны имеют прямое отношение к концепции происхождения масс элементарных частиц – фундаментальному вопросу физики. Примечательно, что этот вопрос не поднимался до появления Стандартной модели.
   В силу корпускулярно-волнового дуализма полю Хиггса должна соответствовать, по крайней мере, одна частица - квант этого поля, называемая частицей Хиггса или хиггсовским бозоном. Считается, что хиггсовский бозон имеет нулевой спин. Экспериментальное наблюдение хиггсовского бозона было бы одним из величайших научных открытий XXI века.

Большой адронный коллайдер, БАК, - ускоритель частиц, благодаря которому физики смогут проникнуть так глубоко внутрь материи, как никогда ранее. Работы на коллайдере предполагается начать в 2007 году. Их суть заключается в изучении столкновения двух пучков протонов с суммарной энергией 14 ТэВ на один протон. Эта энергия в миллионы раз больше, чем энергия выделяемая в единичном акте термоядерного синтеза. Кроме того, будут проводиться эксперименты с ядрами свинца, сталкивающимися при энергии 1150 ТэВ.Ускоритель БАК обеспечит новую ступень в ряду открытий частиц, которые начались столетие назад. Тогда ученые еще только обнаружили всевозможные виды таинственных лучей: рентгеновские, катодное излучение, - и -лучи. Откуда они возникают, одинаковой ли природы их происхождение и, если да, то какова она? Теперь у нас есть ответы на эти вопросы, позволяющие гораздо лучше понять происхождение Вселенной. Постепенно, шаг за шагом, эти открытия изменили нашу повседневную жизнь, подарив нам приемники, телевизоры, компьютеры, томографию, Интернет... Однако, в самом начале XXI века перед нами стоят новые вопросы, ответы на которые мы надеемся получить с помощью ускорителя БАК. И кто знает, развитие каких новых областей человеческих знаний повлекут за собой предстоящие исследования. Пока же наши знания о Вселенной недостаточны. Физики считают, что Вселенная возникла в результате, так называемого, "Большого взрыва" материи. Вначале все было сжато в очень маленьком объеме, не более песчинки. Все частицы, из которых сегодня состоит вещество, все вокруг нас и мы в том числе еще должны были сформироваться. Спустя 15 миллиардов лет Вселенная стала такой огромной, что даже свет проходит ее насквозь за миллионы лет. Сегодня мы живем в "холодной" Вселенной, где существуют четыре, вполне определенные силы, действующие на вещество: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное взаимодействия. В более раннем возрасте, когда Вселенная была "горячее", возможно, эти силы проявлялись одинаково.Физики, занимающиеся частицами, надеются создать единую теоретическую основу, чтобы доказать это, и некоторые успехи уже достигнуты в этом направлении. Физики смогли объединить две силы - электромагнитного и слабого взаимодействия - в единой теории в 1970 году. Эта теория, называемая "электрослабой", была подтверждена экспериментально в ЦЕРН несколько лет спустя, и проведенные исследования были удостоены Нобелевской премии. Две другие силы - гравитационное и сильное взаимодействия - остались вне этой теории. В дальнейшем удалось электрослабую теорию объединить с теорией сильного взаимодействия, и такая объединенная теория получила название Стандартной модели. Бесспорно эта теория - одно из выдающихся достижений человеческого разума XX столетия, но она оставляет пока многие проблемы нерешенными. Почему элементарные частицы имеют массу? Почему их массы различны? Так ли, что явно различные силы природы в действительности только проявление одной силы? По-видимому, во Вселенной не осталось больше антивещества. Почему? Проблема происхождения массы - самая обескураживающая. Удивительно, что это всем хорошо известное понятие и так мало изучено. Ответ, может быть, кроется в рамках Стандартной модели, в положении, которое называется механизмом Хиггса. Согласно ему, все пространство заполнено "хиггсовскими" полями. Частицы приобретают свои массы посредством взаимодействия с этими полями. Частицы, сильно взаимодействующие с хиггсовскими полями, - тяжелые, те же, которые взаимодействуют слабо, - легкие. Хиггсовское поле ассоциируется, по крайней мере, с одной новой частицей - хиггсовским бозоном. Если эта частица существует, ее смогут обнаружить с помощью ускорителя БАК. Самой популярной остается идея об объединении всех сил в единой теории, названной теорией суперсимметрии или SUSY, для краткости. Предполагается, следуя этой теории, что для каждой известной частицы существует суперсимметричный партнер. Если SUSY верна, эти суперсимметричные частицы должны быть найдены с помощью ускорителя БАК. Антивещество задает новую загадку, которую нам поможет разгадать ускоритель БАК. Естественно предположить, что во время рождения Вселенной, в момент "Большого взрыва", создалось одинаковое количество вещества и антивещества, однако сегодня мы живем во Вселенной, состоящей, по всей видимости, целиком из вещества. Куда же девалось антивещество?Сначала думали, что антивещество представляет собой только совершенное отображение вещества. Таким образом, если вы заместите вещество антивеществом и посмотрите на результат в зеркало, вы не обнаружите разницы. Однако мы теперь знаем, что отображение неадекватно, и это могло привести к дисбалансу вещества и антивещества. Ускоритель БАК явится прекрасным "зеркалом" для наблюдения антивещества, которое позволит нам подвергнуть Стандартную модель самому жесточайшему испытанию. Таким образом, существует, немало вопросов, ответы на которые могут быть найдены с помощью ускорителя БАК. Но история уже показала, что выдающиеся открытия в науке часто бывают непредсказуемы. Хотя у нас есть представление о том, что мы хотим найти с помощью Большого адронного коллайдера, Природа может преподнести нам очередной сюрприз. Так или иначе, он изменит наше миропонимание.Ускоритель БАК будет работать на основе эффекта сверхпроводимости, т.е. способности определенных материалов проводить электричество без сопротивления или потери энергии, обычно при очень низких температурах. Чтобы удержать пучок частиц на его кольцевом треке, необходимы более сильные магнитные поля, чем те, которые использова- лись ранее в других ускорителях ЦЕРН. Сверхпроводимость позволяет получить такие поля, но никогда ранее не строилась такая большая "сверхпроводящая" установка. Ускоритель БАК окружностью 27 км будет работать при температуре на 300° ниже комнатной - это холоднее, чем температура открытого космоса. Плодотворная научно-исследовательская работа, проведенная совместно с промышленностью, показала, что сооружение такой установки реально. Первое испытание целой опытной секции ускорителя в конце 1994 года явилось значительной вехой в осуществлении проекта. Так как БАК будет ускорять два пучка, двигающихся в противоположных направлениях, то реально они будут представлять два ускорителя в одном. Для того чтобы ускоритель по возможности был компактным и экономичным, магниты также разместят в едином "два-в-одном" корпусе. Ускоритель БАК будет встроен в тот же самый туннель, в котором работал коллайдер ЛЭП. Таким образом, его сооружение будет стоить гораздо дешевле, чем строительство подобного ускорителя на вновь отведенном участке. До введения протонных пучков в БАК их будут ускорять на уже существующих, последовательно соединенных ускорителях. Практика использования ускорителей, взаимосвязанных таким способом, сделала ЦЕРН самой многопрофильной фабрикой в мире по получению пучков частиц.

Принцып работы Большого Адронного коллайдера: [1]