Продолжительность жизни бозона Хиггса измеряется в септиллионных долях секунды

Физики ЦЕРНа говорят, что они измерили продолжительность жизни бозона Хиггса точнее, чем когда-либо прежде. В своей работе исследователи прибегли к творческому обходному пути.

Что такое бозон Хиггса?

Теоретизированный в середине 1960-х годов физиком Питером Хиггсом, бозон Хиггса (названный в его честь) был окончательно открыт в 2012 году. Бозон Хиггса (носящий его имя), теоретически созданный в середине 1960-х годов физиком Питером Хиггсом, был окончательно открыт в 2012 году. Представьте себе частицу. Частицы состоят из атомов, которые сами состоят из протонов и нейтронов. Разложите их на части, и вы найдете элементарные частицы. Другими словами, в конце этой игры в матрешки, меньше уже не станешь. Бозон Хиггса является одной из таких элементарных частиц. Важно также понимать, что эти бозоны приходят в виде «поля», которое равномерно охватывает весь космос.

Чтобы полностью понять, давайте возьмем пример снежного покрова, который совершенно идентичен в каждой точке Вселенной. Бозон Хиггса был бы хлопьями, из которых состоит этот ковер. Затем представьте лыжника, спускающегося вниз на бешеной скорости. Он не успевает утонуть и поэтому не оставляет следов. Этот лыжник может быть, например, фотоном, из которого состоит свет. Фотон движется настолько быстро, что не взаимодействует с полем Хиггса. Он не «тонет» и поэтому не приобретает массу. Идея заключается в том, что чем больше частица взаимодействует с полем Хиггса, тем большую массу она приобретает.

Вкратце, бозон Хиггса — это элементарная частица, составляющая поле Хиггса, взаимодействие которой с другими частицами определяет их массу. Его важность такова, что без него не было бы материи. Поэтому его обнаружение в 2012 году было признано одним из самых важных научных открытий века.

С 2012 года бозон Хиггса регулярно производится на Большом адронном коллайдере (БАК), что позволяет физикам изучать его свойства. Однако некоторые из этих свойств все еще трудно определить из-за короткого времени жизни (несколько септиллионных долей секунды). После этого бозон Хиггса распадается на другие частицы. Более того, срок службы сам по себе является одним из самых сложных свойств для прямого измерения. Это возвращает нас к новому исследованию.

Пытаясь точно измерить время жизни бозона Хиггса, исследователи из ЦЕРНа использовали косвенный метод, ориентируясь на ширину его массы — диапазон возможных масс, которыми может обладать частица. Чем больше ширина массы частицы, тем короче время ее жизни, что позволяет физикам вычислять последнее, измеряя первое.

210 йоктосекунд

Номинальная масса бозона Хиггса (его обычное и наиболее распространенное значение) составляет 125 гигаэлектронвольт (ГэВ). Однако благодаря странности принципа неопределенности Гейзенберга, могут быть получены и версии с большей массой.

В этом исследовании ученые рассчитали соотношение бозонов Хиггса с массой, близкой к номинальной, и бозонов с массой, значительно превышающей обычную. Используя эту технику, они определили, что время жизни бозона Хиггса составляет 210 йоктосекунд, то есть порядка одной септиллионной доли секунды (одна десятичная точка, за которой следуют 22 нуля).

Погрешность этого значения составляет (+2,3/-0,9) x 10^-22 секунды, что делает его самым точным измерением времени жизни бозона Хиггса на сегодняшний день. Поэтому новая работа знаменует собой важный шаг в изучении свойств этой уникальной частицы.