Бозон Хиггса. От научной идеи до открытия «частицы Бога» - Джим Бэгготт

Партон. Слово, придуманное Ричардом Фейнманом в 1968 году для описания точечных частиц, составляющих протоны и нейтроны. Партоны впоследствии оказались кварками и глюонами.

Перенормировка. Одно из следствий введения частиц в качестве квантов поля состоит в том, что частицы могут испытывать самодействие, то есть взаимодействовать со своими собственными полями. Это значит, что такие методы, как теория возмущения, используемые для решения управлений поля, не подходят, когда в качестве бесконечных поправок появляются самодействующие члены. Математический метод перенормировки создан для устранения таких самодействующих членов за счет переопределения параметров (например, массы и заряда) самих частиц поля.

Пион. Группа мезонов со спином 0, образованных верхним и нижним кварками и их антикварками. Это π+ (верхний кварк + нижний антикварк), π— (нижний кварк + верхний антикварк) и π0 (смесь верхний кварк + верхний антикварк и нижний кварк + нижний антикварк), с массами 140 МэВ (π±) и 135 МэВ (π0).

Позитрон. Античастица электрона, обозначается e+, с зарядом +1, спином 1/2 (фермион) и массой 0,51 МэВ. Первая обнаруженная античастица, открыта Карлом Андерсоном в 1932 году.

Поле Хиггса. Названо в честь британского физика Питера Хиггса. Этим общим термином называется любое фоновое поле, внесенное в квантовую теорию поля для нарушения симметрии посредством механизма Хиггса. Существование поля Хиггса, нарушающего симметрию в квантовой теории поля для электрослабого взаимодействия, убедительно подкрепляется открытием новой частицы в ЦЕРНе.

Постоянная Планка. Обозначается буквой h. Открыта Максом Планком в 1900 году. Постоянная Планка – фундаментальная физическая константа, отражающая величину квантов в квантовой теории. Например, энергия фотонов определяется их частотой излучения, согласно уравнению E = hv, то есть энергия равна произведению постоянной Планка на частоту излучения. Постоянная Планка имеет значение 6,626 × 10–34 Дж·c.

Прелестный кварк. Также бьюти-кварк, боттом-кварк или b-кварк. Кварк третьего поколения с зарядом —1/3, спином 1/2 (фермион) и массой 4,19 ГэВ. Открыт в Фермилабе в 1977 году при наблюдении за ипсилон-мезоном, состоящим из b-кварка и b-антикварка.

Принцип неопределенности. Открыт Вернером Гейзенбергом в 1927 году. Принцип неопределенности утверждает, что есть некий окончательный предел точности, с которой можно измерить пары «сопряженных» наблю даемых объектов, таких как положение и момент, энергия и время. В основе принципа фундаментальный корпускулярно-волновой дуализм поведения квантовых объектов.

Принцип Паули, принцип запрета. Открыт Вольфгангом Паули в 1925 году. Утверждает, что два фермиона не могут занимать одно квантовое состояние (то есть обладать таким же набором квантовых чисел) одновременно. Для электронов это означает, что лишь два электрона могут находиться на одной атомной орбитали, при условии что они обладают противоположными спинами.

Протон. Положительно заряженная субатомная частица, открытая и названная Эрнестом Резерфордом в 1919 году. Резерфорд установил, что ядро атома водорода (которое представляет собой единственный протон) – фундаментальная составная часть ядер других атомов. Протон – это барион, состоящий из двух верхних и одного нижнего кварка со спином 1/2 и массой 938 МэВ.

Реликтовое излучение, также фоновое микроволновое излучение. Примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная достаточно расширилась и охладилась, чтобы произошла рекомбинация ядер водорода (протонов) и ядер гелия (состоящих из двух протонов и двух нейтронов) с электронами и, следовательно, образование нейтральных атомов водорода и гелия. В тот момент Вселенная стала «прозрачной» для остаточного горячего излучения. При дальнейшем расширении это горячее излучение охладилось до микроволнового диапазона с температурой всего 2,7 K (–270,5 °C), на несколько градусов выше абсолютного нуля. Это реликтовое излучение было предсказано несколькими теоретиками и случайно открыто Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном в 1964 году. В дальнейшем оно было подробно исследовано с помощью спутников COBE и WMAP.

Сверхпроводимость. Открыта Хейке Камерлинг-Оннесом в 1911 году. При охлаждении ниже определенной критической температуры некоторые кристаллические материалы теряют электрическое сопротивление и становятся сверхпроводниками. Электрический ток беспрерывно течет по сверхпроводящему проводу без дополнительной энергии. Сверхпроводимость – квантовомеханический феномен, объясняемый при помощи механизма БКШ, названного так в честь Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера.

Светимость. Светимость пучка частиц в ускорителе – это количество частиц на единицу площади на единицу времени, умноженное на непрозрачность второго пучка (показатель непроницаемости мишени для частиц). Особенно интересна интегрированная светимость, сумма светимости за период времени, обычно выражается в единицах на квадратный сантиметр (см–2) или обратных барнах (1024 см–2). Количество столкновений, приводящих к конкретной реакции, представляет собой интегрированную светимость, умноженную на поперечное сечение (в см2) реакции, что является показателем ее вероятности.

Сильное взаимодействие. Сильное ядерное взаимодействие, или цветовое взаимодействие, связывает кварки и глюоны внутри адронов и описывается квантовой хромодинамикой. Взаимодействие, связывающее протоны и нейтроны внутри атомного ядра (также называемое сильным ядерным взаимодействием), считается «пережитком» цветового взаимодействия, связывающего кварки внутри нуклонов. См. Цветовое взаимодействие.

Синхротрон. Тип ускорителя частиц, в котором электрическое поле используется для разгона частиц, а магнитное для направления их по кольцу, при этом они тщательно синхронизируются с пучком частиц.

Слабое ядерное взаимодействие. Данный тип взаимодействия называется слабым потому, что оно существенно слабее сильного и электромагнитного взаимодействий. Слабое взаимодействие влияет на кварки и лептоны и может менять аромат кварков и лептонов, например превратить верхний кварк в нижний и электрон в электронное нейтрино. Впервые было установлено, что слабое взаимодействие является фундаментальным, на основании исследований бета-радиоактивного распада. Переносчики слабого взаимодействия – частицы W и Z. Слабое взаимодействие объединено с электромагнитным в квантовой теории поля SU(2) × U(1) для электрослабого взаимодействия Стивеном Вайнбергом и Абдусом Саламом в 1967–1968 годах.

Слабый нейтральный ток. Слабое взаимодействие с обменом виртуальным Z0-бозоном или сочетанием виртуальных W+ и W— частиц (см. рис. 15 и 16, с. 111 и 135).

Специальная теория относительности. Разработанная Эйнштейном в 1905 году, специальная теория относительности утверждает, что все движение относительно и не существует единой или главной системы отсчета, относительно которой можно измерить движение. Все инерциальные системы отсчета эквивалентны – наблюдатель, неподвижно находящийся на Земле, получит такие же результаты таких же физических измерений, как и наблюдатель, движущийся с равномерной скоростью в космическом корабле. Теория положила конец классическим понятиям абсолютного пространства и времени, абсолютного покоя и одновременности. Формулируя теорию, Эйнштейн исходил из того, что ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме. Теория называется специальной в том смысле, что она не объясняет движения с ускорением; движение с ускорением учитывается в Общей теории относительности.