На данной иллюстрации два протона сталкиваются с огромной силой, производя бозон Хиггса, который мгновенно распадается с выделением двух тау-частиц. Остальная же часть энергии от столкновения выплескивается наружу в виде двух струй. Размер угла между этими струями помогает определить, сформировался ли бозон Хиггса. Об этом принято судить по его участию в изменении соотношения зарядов, которое говорит о том, что природа взаимодействия частицы и ее противоположно заряженной античастицы различаются.
Сегодня возрастает ажиотаж вокруг второго трехлетия работы Большого андронного коллайдера. Физики активно планируют эксперименты, которые станут возможны после того, как ускоритель частиц начнет сталкивать частицы между собой с рекордной энергией. Ожидается, что это произойдет уже в 2015 году.
Один из этих экспериментов широко обсуждался в новом докладе, опубликованном в журнале «Physical Review D». Его целью стоит ответ на вопрос: почему во Вселенной преобладает материя, а не антивещество. И это одна из самых актуальных загадок современной физики.
Каков же будет предмет изучения? Вероятно, им станет печально известный бозон Хиггса, на котором, возможно, лежит часть ответственности за асимметрию материи и антиматерии в нашей Вселенной.
Когда во время Большого Взрыва возникла Вселенная, что произошло около 13,75 миллиардов лет назад, количество сформированных частиц материи и антиматерии должно было быть примерно равным. А как известно, во время встречи вещества и антивещества происходит из полное уничтожение. Отсюда вывод: если количество сформированных частиц было равным, то во Вселенной не должно было остаться ни материи ни антиматерии. Вместо этого, Вселенная осталась бы энергетическим бульоном, где не может сформироваться ни вещество, ни антивещество.
Но, как мы видим вокруг себя, везде можно обнаружить крохотные частицы антиматерии. Хотя Веселенная почти полностью заполнена темной материей. Отсюда вопрос: с чем связно преобладание материи?
С момента открытия бозона Хиггса физики изучали его характеристики в Большом андронном коллайдере. Когда ускоритель частиц сталкивает протоны внутри своих детекторов, создаются несколько одиночных бозонов Хиггса. Но они не могут долгое время существовать в изоляции. Они быстро ломаются и происходит их распад на другие субатомные частицы и энергию.
Сам бозон Хиггса нельзя увидеть непосредственно в Большом андронном коллайдере. О его присутствии можно судить только по остаточным хиггсовским частицам распада.
После миллиардов и миллиардов столкновений, в конце концов, был зарегистрирован достаточно сильный сигнал, на основе которого в 2012 году ученые смогли торжественно сообщить об историческом открытии бозона Хиггса. Это было важно не только потому, что наблюдения подтвердили само наличие бозона (что предполагалось еще в 1960-е годы), но потому что бозон объяснил часть Стандартной Модели Хиггса с теоретической энергией.
Пока область Хиггса тесно связывается с материей, а физики пытаются разобраться с вопросом о том, может ли Хиггс быть основным фактором дисбаланса материи и антиматерии. Особое внимание уделяется явлению, известному как нарушение соотношения зарядов.
Поиск нарушения инвариантности соотношения разрядов в Большом андронном коллайдере связан с большими трудностями. Именно такое заявление сделал Мэтт Долан, научный сотрудник отдела SLAC Национальной ускорительной лаборатории энергетики в Стэнфордском университете, штат Калифорния. «Мы только начинаем наблюдать свойства бозона Хиггса. Поэтому каждый эксперимент должен быть тщательно проработан. Только так мы улучшим понимание того, как Хиггса ведет себя в разных условиях».