Частица на краю Вселенной

Самое интересное происходит, когда мы начинаем комбинировать эти фундаментальные диаграммы и составлять более сложные. Все, что нам нужно сделать, это соединить линии, описывающие одинаковые частицы, например электрон с электроном, и так далее. Мы стартуем с описанных выше диаграмм, но чтобы заработала полная диаграмма, нам, возможно, придется повернуть несколько линий справа налево и превратить некоторые частицы в античастицы.

Предположим, что мы захотели узнать, как может распасться мюон. Мы видим, что существует диаграмма, где мюон испускает W⁻-бозон и превращается в мюонное нейтрино, но это не может произойти само по себе, так как W⁻-бозон тяжелее мюона. Не бойтесь, все в порядке, пока W⁻-бозон остается виртуальным и распадается на что-то более легкое, чем мюон, например, электрон и его нейтрино. Все, что нам нужно сделать, это склеить линии, соответствующие W⁻-бозонам, из двух предыдущих диаграмм правильным способом.

А еще мы можем замыкать линии – образовывать петли. Вот диаграмма, которая участвовала в настоящих поисках бозонов Хиггса на БАКе: бозон Хиггса, распадающийся на два фотона. Петля виртуальных частиц в середине может содержать любую частицу, которая взаимодействует и с бозоном Хиггса (так, чтобы существовала вершина слева) и с фотонами (так, чтобы существовали вершины справа). Частицы, которые взаимодействуют сильнее, будут сильнее влиять на конечный результат. В данном случае это будет истинный кварк, он является наиболее массивной частицей Стандартной модели, и, следовательно, сильнее всех взаимодействует с бозоном Хиггса.

Наконец, вот некоторые из важнейших процессов, в которых бозоны Хиггса в реальности создавались на БАКе (а затем сразу распадались). Существует канал, называемый «слиянием глюонов», когда два глюона сливаются, чтобы образовать бозон Хиггса. Из-за того что глюоны безмассовые, в процессе должна участвовать виртуальная массивная частица, которая чувствует сильное взаимодействие, а именно кварк.

Существует также процесс, который называется «слияние векторных бозонов», при этом имеется в виду, что W– и Z-бозоны иногда называют «векторными бозонами». Так как они массивны, они могут непосредственно объединяться и превращаться в бозон Хиггса.

Наконец есть два различных вида «ассоциированного рождения», когда бозон Хиггса появляется вместе с чем-либо еще: либо вместе с W– или Z-бозоном, либо с парой кварк-антикварк.

Главный урок из того, что мы рассказали здесь, состоит не в определении входящих и выходящих частиц во всех различных процессах, участвующих в появлении бозона Хиггса и его распаде. Главное, что мы поняли: оба процесса сложные и могут осуществляться самыми разными способами, но у нас есть четкие правила, позволяющие нам разобраться в том, что происходит. Трудно было даже себе вообразить, что эти маленькие комиксы позволяют уловить самую глубокую сущность поведения нашего микромира.

Для дальнейшего чтения

Aczel A. Present at the Creation: The Story of CERN and the Large Hadron Collider. Crown Publishers, 2010.

CERN. CERN faq: LHC, the guide. http://multimedia-gallery.web. cern.ch/multimediagallery/Brochures.aspx, 2009.

Close F. The Infinity Puzzle: Quantum Field Theory and the Hunt for an Orderly Universe. Basic Books, 2011.

Crease R. P., Mann C. C. The Second Creation: Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics. Collier Books, 1986.

Halpern P. Collider: The Search for the World’s Smallest Particles. Wiley, 2009.

Kane G. The Particle Garden: The Universe as Understood by Particle Physicists. Perseus Books, 1995.

Lederman L., Teresi D. The God Particle: If the Universe is the Answer, What’s the Question? Houghton Mifflin, 2006.

Lincoln D. The Quantum Frontier: The Large Hadron Collider. Johns Hopkins, 2009.

Panek R. The 4 Percent Universe: Dark Matter, Dark Energy, and the Race to Discover the Rest of Reality. Mariner Books, 2011.

Randall L. Knocking on Heaven’s Door: How Physics and Scientific Thinking Illuminate the Universe and the Modern World. Ecco, 2011.

Sample I. Massive: The Missing Particle that Sparked the Greatest Hunt in Science. Basic Books, 2010.