Бозон Хиггса
Как Бозон Хиггса Может предрекать гибель Вселенной.
В простейшем предположения, измеренная масса хиггсовского бозона может означать, что Вселенная является неустойчивой и ей суждено развалиться. Но это вряд ли может произойти в течении ближайшего миллиарда лет.Физики недавно подтвердили, что Большом Адронном Коллайдере (LHC) в ЦЕРНе, в лаборатории физики элементарных частиц в Женеве, действительно был найден бозон Хиггса в июле прошлого года, что явилось кульминацией одного из самых длинных и самых дорогих поисков в науке.
Находка этой частицы также означает, что наша Вселенная может разрушиться. «Если вы хотите использовать всю физику , которую мы знаем сейчас, и вы делаете то, что вы думаете, и это точный расчет,то это плохая новость», — говорит Джозеф Ликкен, теоретик, который работает в Fermilab Национальной Ускорительной Лаборатории в Иллинойсе. «Это говорит о том, что Вселенная, в которой мы живем-неустойчива.»Бозон Хиггса помогает объяснить, почему частицы получают массу, почему это происходит. Частица Хиггса, что LHC нашел обладает массой около 126 Гига-электрон-вольт (ГэВ)-примерно в совокупной массе 126 протонов (ядер водорода). (Один ГэВ равен млрд. электрон-вольт.)
На основе глубокого анализа данных, обнаруженные частицы соответствуют Стандартной Модели физики частиц, весьма популярной теории, описывающей субатомный мир, хотя о других моделях не может быть и речи. «Это было очень похоже на Стандартную Модель бозона Хиггса-хотя там могут быть очень массивные частицы Хиггса, которые также существуют, и наш эксперимент не является достаточно чувствительным, чтобы их обнаружить», — говорит Джо Инкандела, (физик из Калифорнийского университета, Санта-Барбара. Он является первым ученым из США ,избранным для эксперимента на LHC).
И, что в природе Стандартной Модели Хиггса может быть причиной неустойчивости нашей вселенной в конечном счете.Это связано с тем, что называется стабильность вакуума в Стандартной Модели.В соответствии с описанием в настоящее время доминирующим в физике, вакуум-это не совсем пустота, он просто кишит частицами и античастицами, которые появляются на свет, а затем переходят одно в другое и уничтожают самих себя, и это все в очень короткие сроки. Неопределенности, воплощенные в квантовой механике разрешают эти спонтанные колебания до тех пор, пока частицы не живут более чем мимолетное мгновение,иначе процесс нарушает законы физики.
Стандартная Модель также говорит, как Ликкен считает, что «в вакууме, пустом пространстве, чтобы быть стабильной, мы должны обладать как минимум потенциальной энергией.» Иными словами, все ,что должно появиться должно обладать минимальной энергией. Так шарик катится вниз и оседает в нижней точке; чтобы заставить его уйти с этой точки требуется удар энергии. В случае вселенной, это все равно что жить на дне долины, окруженной холмами: стоимость потенциала Хиггса будет в нижней точке долины.
Наша Вселенная может закончиться, если наша долина действительно не самая низкая в окрестности. Физик Бенджамин Алланаш из Кембриджского университета объясняет: «форма потенциала Хиггса определяется именно массой Хиггса».Наблюдаемые 126 ГэВ массы означают по-видимому,что вселенной в которой возможно более низкое энергетическое состояние не существует , но на самом деле она расположена в несколько необычном месте. «Получается, что бозон Хиггса 126 ГэВ, может быть, в » серой зоне», где во вселенной находится локальный минимум, но не глобальный «, — говорит Матфея-физик по изучению массы из университета Рутгерса. Это вроде как в долине, чья высота, больше, чем в соседней долине.
Если вы не знаете, что в глубокой долине по другую сторону холма, вы подумали бы, что вы находитесь на самом низком уровне, чем могли бы быть. И если вам каким-то образом удалось бы переместиться по другую сторону, вы могли бы упасть гораздо ниже вашего нынешнего положения. Эта ситуация, как правило, не создает проблем, так как вы не может путешествовать между долинами, за исключением квантовой механики, что позволяет создавать туннель, через холмы непредсказуемо. В результате, «в будущем нашей вселенной может спонтанно и случайно возникнуть тоннель,падающий вниз, с потенциально катастрофическими последствиями», Алланаш говорит.
Эта метастабильность вселенной не является новой идеей. Еще в 1979 году, физики пытались просчитать последствия массы бозона Хиггса в космологии. В 2001 году физик теоретик Пол Стейнхардт из Принстонского университета и Нил Турок из Периметра, институт Теоретической Физики в Канаде, описали цикличность вселенной, которая переключается между расширением и сжатием, и согласуется с тем же метастабильными подразумеваемыми в наблюдениях массы бозона Хиггса.
Совсем недавно, Джузеппе Деграсси из Римского университета и Хосе Эспиноза из автономного университета Барселоны и их союзники подсчитали общие последствия массы Хиггса .»Теперь мы знаем, с большой степенью уверенности, что наш вакуум находится в неустойчивом состоянии, и мы можем рассчитать конец его жизни», — Эспиноса говорит. «Длина пути этой жизни, оказывается, больше, чем возраст вселенной.»Большинство теоретиков, кажется, не слишком беспокоятся о гибели нашей вселенной, потому что метастабильность не проявит себя в ближайшее время,разве что когда-нибудь.
Кроме того, они ожидают, что LHC позволит найти другие частицы в установленном порядке. После чего, новые расчеты, могут свидетельствовать о том, что Вселенная имеет больше стабильности. В частности, судьба вселенной, зависит весьма чутко не только от Хиггса, но и от массы топ-кварка, другой фундаментальной частицы, масса которого колеблется около 180 ГэВ. «Топ-кварк сильно влияет на вакуумные и на свои квантовые флуктуации, — Allanach говорит. «Если масса Хиггса, были действительно 127 ГэВ и пиковое значение массы, было немного ниже, чем ее наиболее вероятное значение, то, собственно,
Вселенная была бы полностью стабильна и вакуум бы был в истинном минимуме. Стейнхардт говорит : «есть узкое значение метастабильности для вселенной в данный момент. Это действительно более глубокое понятие.»Но если предположить, что все, что известно о Стандартной Модели и не новые частицы и силы, которые будут обнаружены в будущем, то Вселенная может быть в серой области, где она еще будет долго жить, но в несколько неустойчивом и, следовательно нестабильном состоянии, и может исчезнуть через несколько миллиардов лет.
http://www.scientificamerican.com
Добавить комментарий