Фундаментальні частинки у своєму житті користуються лише однією формулою – знаменитим законом Ейнштейна, Е=мс2, який є описом взаємодії між масою та енергією. Об’єднання елементарних частинок у протони та нейтрони вимагає певної кількості енергії, що пояснює сам факт ваги атома.
Але певні фундаментальні частинки “ледачіші” за інших – вони не виконують ніякої роботи, але усе одно звідкись мають масу. Звідки ж береться маса цих частинок?
Як все було
П’ятдесят років тому вчений Петер Хіггс передбачив, що може існувати бозон – частинка тієї ж категорії, що і фотони, яка взаємодіє з ними у спеціальному полі, заповнюючи той невеликий проміжок енергії, який і доповнює масу об’єкта.
Протягом десятиліть ця дивна маленька частинка була останньою відсутньою частиною загадки стандартної моделі існування Всесвіту – остання основна частинка, що повинна була бути експериментально підтвердженою. Нарешті, у 2012 році було підтверджено чутки, що бозон Хіггса був помічений у Великому адронному колайдері.
Але це був тільки початок вивчення бозона Хіггса. Все-таки потрібно виміряти ту найменшу частину зусиль, яка несе відповідальність за зниклу масу – й істинні кварки є непоганим варіантом для початку пошуку.
Їх друзі – верхні та нижні кварки утворюють собою протони та нейтрони. А от істинні кварки не утримуються разом достатньо довго, щоб перетворитись на що-небудь упізнане, бо розпадаються менш ніж за долі секунди.
Вони надзвичайно важкі – електрон має приблизно одну тримільйонну частину маси від маси істинного кварка, що виявляє сильний зв’язок із полем Хіггса.
Виявлення цієї взаємодії вимагає наявності бозона Хіггса, який має з’явитися поряд із істинним кварком, щоб запустити процес “ttH взаємодії” (рідкісний процес, коли два істинних кварки поєднуються з бозоном Хіггса).
Результати експериментів
Проте це легше сказати, ніж зробити. Жодна частинка не існує настільки довго, щоб її можна було побачити безпосередньо, і лише 1 відсоток бозона Хіггса, виробленого енергією Великого адронного колайдера, з’являється поряд з істинними кварками.
Щоб виявити їх, фізикам треба було проаналізувати дані двох різних експериментів колайдера в пошуках комбінацій менш нестабільних частинок, на які вони розпалися. Це схоже на спробу дізнатися, наскільки сильно дві знаменитості потискали руки на ексклюзивній вечірці після того, як вони вже пішли додому.
Знайшовши достатню кількість “рукостискань” і порівнявши їх результати, дослідники обох експериментів тепер впевнені, що вони мають потрібні цифри для опису сили зв’язку між істинним кварком та бозоном Хіггса.
“Ці вимірювання, проведені спільними роботами CMS та ATLAS, вказують на те, що бозон Хіггса має ключову роль у надвеликій масі істинних кварків. Незважаючи на те, що це, безумовно, є ключовою особливістю стандартної моделі, це перший випадок, коли взаємодію було експериментально підтверджено”.
– говорить фізик Карл Якобс, прес-секретар співробітництва ATLAS.
Майбутнє починається зараз
Цей експеримент має величезне значення для подальшого розвитку стандартної моделі існування Всесвіту. В найближчі місяці буде зібрано додаткову інформацію, з надією на отримання більш точного результату, який міг би натякнути на щось іще менш очікуване.
“Коли ATLAS і CMS закінчать збір інформації в листопаді 2018 року, ми матимемо достатню кількість записів подій, щоб спрогнозувати теоретичні передбачення стандартної моделі для ttH процесу, щоб побачити, чи є ознаки чогось нового”.
– каже спікер CMS Джоел Батлер.
Це більше надія фізиків, аніж тверде очікування. Але в фізиці є ще кілька великих таємниць, включаючи питання про те, чому речі існують взагалі. Будь-яка ознака чогось нового займає значне місце у списку найбільших бажань фізика, який присвятив себе вивченню фундаментальних частинок.
Дізнатись більше :
Sciencealert
| 
