Из этого соотношения сил вырастает масштаб энергии, на котором гравитация становится сильной и квантовые эффекты пространства-времени становятся важны. Он называется Планковской массой и составляет примерно 10¹⁹ ГэВ (гигаэлектронвольт). Это очень и очень много.

А теперь самое интересное. У нас есть бозон Хиггса. Его масса - около 125 ГэВ. И эта масса отвечает за масштаб всех масс в Стандартной модели. Проблема в том, что в квантовом мире масса частицы - это не просто число, написанное у нее на лбу. Это как плащ, который постоянно и невидимо штопают и перешивают все вокруг.

Бозон Хиггса постоянно взаимодействует с "кипящим" вакуумом, где постоянно рождаются и умирают пары виртуальных частиц. Особенно сильное влияние на него оказывает топ-кварк - самая тяжелая из известных частиц. Но если в природе существуют какие-то сверхтяжелые частицы (а они, скорее всего, должны быть, если мы хотим объединить все силы), то их квантовые поправки должны просто чудовищно "раздувать" массу Хиггса до значений, близких к этой самой Планковской массе.

Представьте, что вы пытаетесь уравновесить карточный домик на весах, но на вторую чашу весов слоны постоянно подбрасывают кирпичи. Чтобы домик не взлетел, вы должны были бы обладать сверхъестественной точностью и знать вес каждого кирпича до миллиардной доли грамма. Такое совпадение в физике называют "тонкой настройкой", и она выглядит как дешевое жульничество. А жульничать природа, как мы знаем, не любит.

Как из этого выкручиваются?

Если мы видим такое подозрительное "совпадение", значит, должен быть какой-то механизм, который его обеспечивает. И вот уже полвека физики ищут этот механизм.

1. Суперсимметрия. Самая "простая" и разрекламированная идея. Она утверждает, что у каждой известной частицы есть "суперпартнер" с другими спиновыми свойствами. Такой "близнец" вносит в массу Хиггса поправку с противоположным знаком, и они взаимно уничтожаются. Красиво? Возможно. Проблема в том, что Большой адронный коллайдер не нашел ни одного такого суперпартнера. Теория пока на аппарате ИВЛ.

2. Дополнительные измерения. А что, если гравитация только притворяется слабой? Идея в том, что она сильна, но ее сила "утекает" в скрытые, свернутые измерения пространства. Тогда истинный масштаб квантовой гравитации может быть не 10¹⁹ ГэВ, а где-то рядом, буквально в нескольких ТэВ. И тогда никакой пропасти и иерархии просто нет. К сожалению, следов этих измерений мы тоже пока не нашли.

3. Мультивселенная. Самый циничный и "постмодернистский" ответ. Существует бесконечное множество вселенных с самыми разными массами Хиггса. Мы просто живем в той, где это значение случайно оказалось подходящим для звезд, планет и разумной жизни, способной задавать такие вопросы. Это красивое философское решение, но проверить его пока невозможно.

И что в итоге?

Проблема иерархий - это яркий редфлаг. Он кричит: "Ты ничего не понимаешь в этой реальности!". Он говорит нам, что Стандартная модель - это не финал, а лишь очень точное приближение, которое не может быть всей правдой.

И пока одни копаются в обломках суперсимметрии на БАКе, а другие ищут микроскопические черные дыры от дополнительных измерений, мы с вами можем просто посидеть и оценить грандиозность загадки. Тонкая настройка массы Хиггса - это либо гениальный замысел, либо самое невероятное совпадение во Вселенной, либо... баг в коде нашей собственной симуляции.

Гипотетический кошмар, которым пугал известный британский физик Стивен Хокинг, оказался вполне реальным. Китайские ученые смоделировали в лаборатории процесс распада так называемого «ложного» вакуума – того самого, в котором находится всё вещество Вселенной. Подробности далеко не оптимистического эксперимента – в журнале Physical Review Letter.

Нашли на свою голову

Немного истории. Стивен Хокинг предрек конец нашему мирозданию в главе, которую написал для книги «Starmus» - сборника лекций известных ученых, посвященных 50-летию первого полета человека в космос. Ученый спрогнозировал коллапс просто в силу того, что бозон Хиггса - частица Бога, как ее еще называют - и в самом деле существует.

Об открытии этой частицы, которую физикам всего мира не удавалось обнаружить на протяжении нескольких десятилетий, Европейская организация ядерных исследований (CERN) объявила 4 июля 2012 года. Без нее не могла окончательно восторжествовать Стандартная модель - теория, которая довольно складно объясняет устройство окружающего мира и его материи. Считается, что именно частица Бога наделяет массой вещество во Вселенной - делает «весомыми» все другие частицы.

Бозон Хиггса выявили в экспериментах на циклопическом кольцевом ускорителе - Большом адронном коллайдере (БАК). Частицу Бога искали, сталкивая и разбивая вдребезги протоны, несущиеся почти со скоростью света друг на друга. Тем самым сотрясали так называемое поле Хиггса, квантами которого являются те самые бозоны Хиггса. И вытрясли их в конце концов. На торжество по этому случаю пригласили самого Хиггса - Питера Хиггса, который еще в 1964 году предсказал существование бозона, названного потом его именем.

Занятно, но Стивен Хокинг не верил, что бозон Хиггса будет обнаружен - по крайней мере в экспериментах на БАКе. И даже поставил 100 долларов, что ничего не выйдет. Но проиграл. И потом охотно использовал бозон-небылицу в своих теоретических фантазиях.

Не дай бог угодить в «истинный вакуум»

Немало физиков, в том числе и из CERN, разделяют взгляды Хокинга на мироздание. И полагают: поле Хиггса, а стало быть, и вакуум, который им наполнен, придавая массу всему сущему, может находиться в разных состояниях. Подобно тому, как вещество может быть жидким, твердым или газообразным.

Сейчас у поля Хиггса низкий, но не нулевой энергетический уровень. Оно словно бы расстилается по равнине, которую физики называют «ложным вакуумом». В нем – не самом стабильном состоянии - ныне и находится наша Вселенная.

Однако теоретики считают, что вроде бы существует и так называемый «истинный» вакуум - с еще более низким энергетическим уровнем. Хокинг опасается, что мы туда можем провалиться – как в некую энергетическую впадину с минимальной энергией. Не исключено, что и с нулевой. А там – в «истинном» вакууме - полный конец. Всему и всем.

«Провал» может быть вызван какой-нибудь флуктуацией в «ложном» вакууме или сильным энергетическим воздействием. В результате чего и возникнет нестабильный бозон Хиггса. Он проделает квантовый тоннель, в который и начнет «засасываться» наша Вселенная. Образуется пузырь «истинного» вакуума. Наш - «ложный» - при этом распадется.

Оказалось, что такой коллапс возможен не только в теории.

Китайский эксперимент

Исследователи из Университета Цинхуа в Пекине воспроизвели в лаборатории некое подобие процесса распада и перехода «вакуума» из одного энергетического состояния в другое.

Моделью послужило кольцо сильно возбужденных атомов – система имитировала оба вакуума.

Атомы вывели из равновесия лазерным лучом. И они начали переходить в менее возбужденное и более стабильное состояние – на более низкий энергетический уровень. Как бы из «ложного» вакуума в «истинный». При этом образовывался и раздувался квантовый пузырь новой фазы. Ну, прям по Хокингу…

Не хотелось бы, чтобы Вселенная когда-нибудь повторила китайский эксперимент. Не надо. Хотя, кто знает, вдруг он уже начался где-нибудь в миллиардах световых лет от нас.

ЦИТАТА ХОКИНГА

Вот как пассаж Хокинга выглядит в оригинале:

«The Higgs potential has the worrisome feature that it might become metastable at energies above 100 [billion] gigaelectronvolts (GeV). … This could mean that the universe could undergo catastrophic vacuum decay, with a bubble of the true vacuum expanding at the speed of light. This could happen at any time and we wouldn't see it coming».

В вольном переводе слова физика звучат примерно так:

«У бозона Хиггса есть черта, вызывающая опасение. Он может стать крайне нестабильным при энергиях порядка 100 миллиардов гигаэлектронвольт (ГэВ) … Если такое произойдет, то во Вселенной начнется распад вакуума. И появится пузырь "Истинного вакуума", который будет раздуваться со скоростью света. Подобное может случиться в любое время - мы даже не заметим».

KP.RU

⚛ Бозон Хиггса — это краеугольный камень Стандартной модели физики, теория, которая описывает фундаментальные строительные блоки Вселенной и силы, действующие между ними (кроме гравитации).

🔬 Что такое бозон Хиггса?
Это квант части так называемого поля Хиггса, которое пронизывает всё пространство. Согласно теории, частицы приобретают массу именно благодаря взаимодействию с этим полем. Без бозона Хиггса элементарные частицы были бы безмассовыми, а значит, не было бы атомов, звёзд, планет и самой жизни.

🚀 Почему это так важно?
До 2012 года существование поля Хиггса и самого бозона было только гипотезой. Открытие частицы стало последним недостающим звеном Стандартной модели, подтвердив, что наше понимание микромира корректно… хотя и не полное. Это открыло путь к поиску новой физики за пределами Стандартной модели — например, тёмной материи, теории струн(привет, ТБВ) или объяснению, почему гравитация столь слаба по сравнению с другими силами.

🏗 Как это нашли?
Чтобы «поймать» бозон Хиггса, физики в ЦЕРНе построили Большой адронный коллайдер (БАК) — самый мощный ускоритель частиц в мире. Он разгоняет протоны до околосветовой скорости и сталкивает их лоб в лоб. В миллиардах столкновений, в короткие доли секунды, рождаются экзотические частицы, включая бозон Хиггса.

❓ Интересно узнать об этом поподробнее?)

=====================================
👇👇Наш канал на других площадках👇👇
YouTube | VkVideo | Telegram | Pikabu
=====================================

Бозон Хиггса, поиски которого безуспешно велись с 1964 года, был экспериментально открыт в 2012 году, спустя полтора года начала работы Большого адронного коллайдера (БАК).

Эта частица является квантом вакуумного поля и обеспечивает массу всем известным массивным элементарным частицам.

Физические поля, например электромагнитное, знакомы всем. Разница с полем Хиггса в том, что, если убрать источник электромагнитного поля, то оно исчезнет. А вот поле Хиггса нигде не равно нулю, т.е. присутствует везде и всегда.

Чем сильнее частица взаимодействует с полем Хиггса, тем она массивнее. Частицы, не взаимодействующие с этим полем, не имеют массы, как, например, фотоны (хотя мы точно не знаем, что же такое фотон - частица или волна).

В апреле 2015 года, после двухлетнего перерыва, неугомонные учёные из ЦЕРН снова запускают БАК https://habr.com/ru/articles/374869/

Одной из заявленных целей второго запуска БАК стал поиск тёмной материи. Пока найти тёмную материю учёным не удалось.

Бозон Хиггса — это своеобразный бизон в мире элементарных частиц, массивная и до поры неуловимая цель для физиков-экспериментаторов. Его открытие стало триумфом Стандартной модели физики элементарных частиц, подтвердив существование поля, пронизывающего всю Вселенную и наделяющего частицы массой.

Возможно, бозон Хиггса играет роль в формировании темной материи, либо взаимодействует с ней каким-то образом.

Бозон Хиггса, с массой примерно в 125 ГэВ (гигаэлектронвольт), примерно в 130 раз тяжелее протона, который является одним из компонентов атомного ядра.

Чтобы понять, насколько это много, представьте себе атом водорода, состоящий из одного протона и одного электрона. Масса электрона пренебрежимо мала по сравнению с протоном, поэтому массу атома водорода можно приблизительно считать равной массе протона. Таким образом, бозон Хиггса более чем в сто раз массивнее самого простого атома.