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

Спин. Свойство всех элементарных частиц, вид момента импульса. Хотя сначала спин электрона понимался как его «самовращение» (вращение электрона вокруг своей оси, вроде волчка), спин представляет собой релятивистский феномен и не имеет аналога в классической физике. Частицы характеризуются спиновыми квантовыми числами. Частицы с полуцелым спином называются фермионами. Частицы с целым спином называются бозонами. Частицы материи – фермионы. Частицы взаимодействий – бозоны.

ССК. Сокращение от сверхпроводящий суперколлайдер, проект строительства крупнейшего в мире ускорителя частиц в Ваксахачи, округ Эллис, Техас. Предполагалось, что ССК сможет достигнуть энергии протон-протонных столкновений 40 ТэВ. Проект закрыт конгрессом США в октябре 1993 года.

Стандартная модель в космологии. См. Лямбда-CDM.

Стандартная модель в физике элементарных частиц. Принятая в современной физике теоретическая модель, описывающая частицы материи и их взаимодействия между собой, за исключением гравитации. Стандартная модель состоит из квантовых теорий поля с локальными симметриями SU(3) (цветовое взаимодействие) и SU(2) × U(1) (слабое ядерное и электромагнитное взаимодействие). В Стандартную модель входят три поколения кварков и лептонов, фотон, W– и Z-частицы, глюоны – переносчики цветового взаимодействия и бозон Хиггса.

Степень свободы. Количество измерений, доступных для системы или в которых система свободно движется. Классическая частица может свободно двигаться в трех пространственных измерениях. Однако фотоны, будучи безмассовыми частицами со спином 1, ограничены лишь двумя измерениями, которые проявляются в виде левой и правой круговой поляризации или вертикальной и горизонтальной поляризации. В механизме Хиггса безмассовые бозоны получают третью степень свободы, поглощая бозон Намбу – Голдстоуна (см. рис. 14, с. 100).

Странность. Характерное свойство таких частиц, как нейтральные лямбда-частицы, нейтральные и заряженные сигма– и кси-частицы и каоны. Марри Гелл-Манн и Юваль Неэман использовали странность наряду с электрическим зарядом и изоспином для классификации частиц согласно восьмеричному пути (см. рис. 10, с. 82). Позднее это свойство было объяснено присутствием в этих частицах странного кварка (см. рис. 12, с. 95).

Странный кварк. Кварк второго поколения с зарядом —1/3, спином 1/2 (фермион) и массой 101 МэВ. Странность как характеристика относительно низкоэнергетических (низкомассовых) частиц была открыта в 1940 и 1950 годах Марри Гелл-Манном и независимо Кадзухико Нисидзимой и Тадао Накано. Позднее Гелл-Манн и Джордж Цвейг объяснили странность частиц присутствием в них странного кварка (см. рис. 12, с. 95).

Суперсимметрия. Альтернатива Стандартной модели физики элементарных частиц, в которой асимметрия между частицами материи (фермионами) и силы (бозонами) объясняется на основании нарушенной суперсимметрии. При высоких энергиях (например, таких, какие преобладали на самых ранних этапах после Большого взрыва) суперсимметрия не нарушена, то есть существует идеальная симметрия между фермионами и бозонами. Кроме асимметрии между фермионами и бозонами, нарушенная суперсимметрия предсказывает класс массивных суперпартнеров со спинами, отличающимися на 1/2. Суперсимметричные партнеры фермионов называются сфермионами. Партнер электрона называется сэлектроном; каждый кварк имеет партнера в виде соответствующего скварка. У каждого бозона есть бозино. Суперсимметричные партнеры фотона, W– и Z– частиц и глюонов – это фотино, вино, зино и глюино. Суперсимметрия решает многие проблемы Стандартной модели, но данные в пользу существования суперпартнеров еще не найдены.

Темная материя. Открытая в 1934 году швейцарским астрономом Фрицем Цвикки как аномалия при измерении масс галактик в скоплении Волос Вероники (в созвездии Волосы Вероники). Он сравнил массы, полученные на основе наблюдаемых движений галактик у края скопления, и массы на основе количества наблюдаемых галактик и общей яркости скопления. Результаты отличались в 400 раз. Казалось, целых 90 процентов массы, необходимой, чтобы объяснить гравитационные эффекты, отсутствовали или не поддавались наблюдению. Эта отсутствующая масса получила название темной материи. Дальнейшие исследования свидетельствуют в пользу формы темной материи, которую называют холодной темной материей. См. Холодная темная материя.

Теорема Нетер. Разработанная Амалией Эмми Нетер в 1918 году, теорема соединяет законы сохранения с непрерывными симметриями физических систем и описывающих их теорий, что используется как инструмент при разработке новых теорий. Сохранение энергии отражает тот факт, что управляющие энергией законы инвариантны изменениям или так называемым трансляциям во времени. Что касается импульса, то законы инвариантны трансляциям в пространстве. Что касается момента импульса, то законы инвариантны углу направления, измеренного от центра вращения.

Теория великого объединения. Любая теория, которая старается объединить электромагнитное, сильное и слабое ядерное взаимодействия в единой структуре, является примером теории великого объединения. Первую теорию такого типа разработали Шелдон Глэшоу и Ховард Джорджи в 1974 году. ТВО не учитывают гравитацию; теории, которые учитывают гравитацию, обычно называются теориями всего.

Теория возмущения. Математический метод нахождения приблизительных решений для уравнений, которые нельзя решить точно. Уравнение преобразуется в виде разложения возмущения – суммы потенциально бесконечного ряда членов, которые начинаются с выражения нулевого порядка, имеющего точное решение. К нему прибавляются дополнительные члены (возмущения), представляющие поправки первого порядка, второго порядка, третьего порядка и т. д. В принципе каждый член разложения представляет собой все меньшую и меньшую поправку к результату нулевого порядка, что постепенно подводит ответ все ближе к фактическому результату. Точность окончательного результата зависит от количества возмущающих членов, участвующих в расчете. Хотя структурно это совсем другой пример, тем не менее можно представить себе, как действует разложение возмущения, если посмотреть на разложение степенного ряда простой тригонометрической функции, например sin x. Первые несколько членов разложения таковы: sin x = x – x3/3! + x5/5! – x7/7! + … Для x = 45° (0,785398 радиана) первый член дает 0,785398, из чего мы вычитаем 0,080745, потом прибавляем 0,002490, потом вычитаем 0,000037. Каждый последующий член дает небольшую поправку, и всего через четыре члена мы получаем результат 0,707106, сравнимый с sin (45°) = 0,707107.

Теория Янга – Миллса. Квантовая теория поля, основанная на калибровочной инвариантности, разработана в 1954 году Янгом Чжэньнином и Робертом Миллсом. Теория Янга – Миллса включает все компоненты современной Стандартной модели физики элементарных частиц.

Тера. Приставка, означающая триллион. Тераэлектронвольт (ТэВ) – триллион электронвольт, 1012 эВ или 1000 ГэВ.

Триллион. Тысяча миллиардов или миллион миллионов, 1012 или 1 000 000 000 000.