Информация о сайте

          Главная страница

          Наука

СКРЫТЬ РЕКЛАМУ = кликните по малозаметному прямоугольнику вверху слева.

Бозон Хиггса - призрак чёрной кошки в тёмной комнате

(комментарий к публикациям Википедии: «Механизм Хиггса» и ссылки)

05 января 2012 г.

последнее обновление 18 ноября 2013 г.

©  Лемякин Борис Александрович         

Этот механизм может быть рассмотрен как элементарный случай тахионной конденсации, где роль тахиона играет скалярное поле, названное полем Хиггса. Массивный квант этого поля был назван бозоном Хиггса.

    Давайте не будем пока вдаваться в теорию тахионного поля, достаточно того, что нам предложено поле событий, названное скалярным полем. Скалярному полю даётся определение в качестве математического понятия.

... скалярное поле — это функция, отображающая Rⁿ в R (скалярная функция).

   Иными словами, скалярным полем считают некий абстрактный объём, в котором находятся любые пока не использованные в наших рассуждениях значения (натуральные числа, значения функций, неизвестные точки пространства и т.п.). Это своего рода ящик фокусника, из которого тот извлекает всё, чем решил удивить зрителей. Действительно, где ещё быть материальному объекту, как не в ящике фокусника?

    Так вот, математическую абстракцию предложено считать физическим полем. Тёмная комната (ящик фокусника) готова! А поскольку она тёмная, её можно мысленно начинить чем угодно. Хиггс поместил в неё кванты, ответственные за массу элементарных частиц. Теперь тёмную комнату стали именовать полем Хиггса, а массовый квант стали именовать бозоном Хиггса, который вначале назвали "goddamn particle, - прокля́тая частица", а затем, подумав, переименовали в "god particle, - частица-бог". А почему бы этой частице не быть в ящике фокусника? Она ведь крайне нужна современным физикам! И переименовали её, заменив неблагозвучное авторское наименование не зря. Видимо, у организаторов проекта были далеко идущие цели, не имеющие ничего общего с понятием "НАУЧНАЯ ЭТИКА".

Прорыв Хиггса (который был также независимо совершён Броутом и Энглертом из Université Libre de Bruxelles и Г. С. Гуральником, К. Р. Хагеном и Т. В. Б. Кибблом из Имперского колледжа) состоял в том, что масса векторного бозона (иногда называемого калибровочным бозоном) появляется эффективно, в результате определённого взаимодействия этого бозона со скалярным полем.

    Вот так появилась чёрная кошка, которая родилась в темноте математической абстракции. Если у кого-то скалярное поле и вызывало сомнения, то уж кошачьи следы в этом поле должны были развеять все сомнения. Калибровочный бозон - вот он, неоспоримый кошачий след! За фактами дело не стало:

Самый хорошо известный векторный бозон — фотон или квант света, который является калибровочным бозоном.

Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны.

    Всё сходится: и лапы и когти отпечатались. Если хотите, можно и наглядную аналогию продемонстрировать:

Наглядно хиггсовский механизм можно представить следующим образом. Рассыпанные по поверхности стола маленькие пенопластовые шарики (аналоги безмассовых частиц) легко разлетаются от малейшего дуновения; однако будучи высыпанными на поверхность воды, они уже не перемещаются так же легко — взаимодействие с жидкостью, которая в этой аналогии играет роль вакуумного хиггсовского поля, придало им инертность. Рябь от дуновения на свободной поверхности воды будет аналогом хиггсовских бозонов. Неточность этой аналогии заключается в том, что вода мешает движению шариков, во то время как хиггсовское вакуумное поле не оказывает влияния на частицы, движущиеся равномерно и прямолинейно, а противодействует лишь их ускорению.^[1]

    Ничто не мешает кошке бегать в тёмной комнате. Правда, бежать можно только прямолинейно и равномерно, со скоростью света. В противном случае лапы прилипать будут. Но, нет худа без добра! Заодно можно объяснить и явление инерции.

Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными системами отсчёта (ИСО). Все другие системы отсчёта (например, вращающиеся или движущиеся с ускорением) называются соответственно неинерциальными. Проявлением неинерциальности в них является возникновение фиктивных сил, называемых «силами инерции».

Многие эксперименты показали наличие массы у частиц (калибровочных бозонов), через обмен которыми описываются фундаментальные взаимодействия. Поэтому в уравнения движения для этих частиц нужно ввести выражение для массы. Однако уравнения движения для калибровочных полей с массовыми членами неинвариантны относительно локальных преобразований симметрии (калибровочных преобразований), то есть эти уравнения будут меняться при калибровочных преобразованиях.

    Иными словами, бегать кошка может, и взад, и вперёд. А вот вертеться не может.

А инвариантна ли квантовая механика относительно локальных фазовых вращений (локальных калибровочных преобразований)? Иными словами, изменится ли что-либо, если волновую функцию в одной точке мы провернём на одну фазу, а в другой точке — на другую? Да, изменится. В частности, очевидно изменится, причём почти произвольным образом, правая часть уравнения Шрёдингера, а значит и эволюция системы во времени. То есть квантовая механика свободной частицы оказывается неинвариантной относительно локальных фазовых вращений.

Но свойства фундаментальных взаимодействий требуют, чтобы уравнения движения не менялись при калибровочных преобразованиях — были калибровочно инвариантны. Так что введение выражений для массы нарушало бы законы природы.

    И хвост, и лапы, каждая в отдельности, и вообще каждая волосинка нашей кошки, будут проявлять такую самостоятельность, что кошка рассыплется на фрагменты. Тут бы и похоронить идею Хиггса. Ну, уж нет, если математическую абстракцию превратили в физическую реальность, то ничто не сможет остановить научную мысль!

Можно ли восстановить инвариатность? Да, можно. Однако для этого надо ввести новое физическое поле, которое «чувствует» то внутреннее пространство, в котором мы производим фазовые вращения. В результате, при локальных фазовых вращениях у нас преобразуются как волновые функции, так и новое поле, причём так, что изменения в уравнениях за счёт них компенсируют, «калибруют» друг друга. То есть квантовая механика с дополнительным новым полем стала калибровочно инвариантна.

    Способ преодоления таких препятствий уже известен. Нужно ввести новое физическое поле, которое всё расставит на свои места. А математики пусть своими абстракциями свяжут все поля так, чтобы противоречия не возникали. Дабы не препятствовать физикам совершать новые подвиги, не смущать молодые умы, пресекать возражения сомневающихся.

Для объяснения массы калибровочных бозонов без нарушения законов природы используется понятие спонтанного нарушения симметрии. Вводится дополнительное поле — поле Хиггса, которое взаимодействует со всеми другими полями и через это взаимодействие сообщает массу калибровочным бозонам.

    Нужно просто тёмную комнату сделать достаточно тёмной. Абстрактной скалярности для этого недостаточно. Нужно, чтобы сама темнота играла с кошкой, когда та надумает резвиться, и не давала кошке рассыпаться на фрагменты. А это значит, что кошка, которая есть продукт темноты, сама должна сохранять форму кошки. Как ещё можно назвать такую кошку иначе, чем "goddamn particle, - прокля́тая частица"?

Поле Хиггса или хиггсовское поле — гипотетическое поле, названное в честь английского физика Питера Хиггса, обеспечивающее спонтанное нарушение симметрии электрослабых взаимодействий благодаря нарушению симметрии вакуума. Квант этого поля — хиггсовская частица (хиггсовский бозон).

   Ну и что ж, что заменили неизвестный бозон Хиггса на неизвестное физическое поле, которое вылепливает так необходимый физикам бозон. Мало ли полей, физика которых науке не известна, заполонили все учебники, и ни  у кого не вызывают желания проверить: то ли они на самом деле, за что их выдаёт наука? Не знает наука физическую сущность даже электрического и магнитного поля, гравитационного поля, а уж других полей, порождённых незнанием физики пространства, не счесть. Ну, ввели ещё одно понятие в стадо физических полей, - кому от этого стало плохо? Приживётся и поле Хиггса.

    Вот он, теперь уже реальный бозон Хиггса, который роднит математическую абстракцию с физической реальностью! Дело за небольшим, нужно поймать в очень тёмной комнате призрак чёрной кошки, который родило наше воображение. Ну, что из того, что ни одно наблюдение, ни один эксперимент не подтверждают наличие чёрной кошки. Поставим ещё эксперименты, - государство профинансирует. Наконец, не зря же вложили свыше $10 млрд. в Большой адронный коллайдер (БАК). Шандарахнем на встречных пучках так, что не только кошки, но и мышки повыскакивают. Зато сколько лет можно всем миром обрабатывать результаты экспериментов, сколько диссертаций, научных статей можно написать! А сколько симпозиумов можно провести!

    Не все физики бездумно ринулись ловить призрак чёрной кошки. Были и те, кто сомневался, были и те, кто пытался запустить в тёмную комнату свою кошку.

Проблема использования модели спонтанного нарушения симметрии в физике элементарных частиц состоит в том, что по теореме Джеффри Голдстоуна она предсказывает безмассовую скалярную частицу, которая является квантовым возбуждением по направлению φ, так называемый бозон Намбу — Голдстоуна. Энергия такой частицы — чисто кинетическая энергия, что в квантовой теории поля подразумевает отсутствие массы у частицы. Однако не было найдено никаких безмассовых скалярных частиц.

Похожей проблемой в теории Янга — Миллса, также известной как неабелева калибровочная теория, было существование безмассовых калибровочных бозонов, которые (кроме фотона) также не были обнаружены. Хиггс был очень проницателен, когда обнаружил, что при соединении калибровочной теории с моделью спонтанного нарушения симметрии две проблемы решаются очень красиво. Хиггс нашел брешь в теореме Голдстоуна: эта теорема неприменима при рассмотрении локальной симметрии.

    Почему бы не запустить в скалярное поле бозон энергии? Чем он хуже бозона массы? Нужно отобрать у Хиггса калибровочный бозон и присвоить ему наименование бозона энергии. Фотон не обладает массой, но обладает энергией. Что ещё нужно для доказательства? Но Хиггс и тут вывернулся. Калибровочный бозон, то есть фотон, он наделил свойством продольной степени свободы. А его противники не смогли придумать как заставить фотон вертеться. Не знакомы они с Высшими Знаниями! А то оставили бы Хиггса с носом.

Хиггсовский механизм описывает именно нарушение локальной симметрии, при котором не появляются голдстоуновские бозоны. Вместо квантовых возбуждений хиггсовского поля появляются продольные степени свободы для поляризации калибровочных полей... Когда скалярное поле объединяется с калибровочной теорией, безмассовое возбуждение Хиггса φ соединяется с векторным бозоном, формируя массивный векторный бозон.

    Как же помочь одолеть хитрого Хиггса? Ведь его оппоненты ближе к истине. Разве что, привести несколько цитат из Математической модели Мироздания:

    Невозмущённый Вакуум является однородным телом, обладающим свойствами инерции и абсолютной упругости. Элементарным источником возмущений является сферическая волна. Скорость волны в Вакууме 299792,5 км/сек. Такую скорость волны имеет однородное тело, сжимаемость которого порядка 2,9 миллиарда раз ниже сжимаемости стекла, если только уместно сравнивать его характеристики с характеристиками стекла.

    Однородное тело обладает уникальным свойством, суть которого заключается в том, что при взаимодействии центра сферической волны с падающей волной от другого источника происходит их самосинхронизация, и рождается новый источник сферических волн, амплитуда которого равна амплитуде падающей волны. Этот источник имеет вид модуляции падающей волны. Но при определённых условиях он приобретает самостоятельность. При взаимодействии множества сферических волн Вакуум приобретает фазовую характеристику. Если принять, что измерение сферической волны пропорционально её длине, то можно сделать принципиальный вывод: в любом объёме пространства количество сферических волн стремится к бесконечности, а их измерение стремится к нулю.

     Для того чтобы понять существо фазовой характеристики Вакуума и её связь с квазиупругой силой, необходимо ввести понятие о двойственной природе Вакуума. Это понятие условное, и его можно использовать только в неразрывной связи с физической сущностью явления. В каждой точке пространства невозмущённого Вакуума содержатся равные количества положительной M⁺ и отрицательной M^- массы. M⁺ является носителем поля положительного знака, а M^- является носителем поля отрицательного знака. М⁺ и М^- обладают одинаковыми свойствами инерции и абсолютной упругости, имеют общий центр пульсаций и пульсируют синхронно в противофазе. В процессе пульсаций волновое смещение М⁺ и М^- равно половине длины волны. Квазиупругая сила является следствием взаимодействия М⁺ и М^-, которые стремятся сблизиться до количественно равного соотношения. Квазиупругая сила уравновешивается силой инерции.   

    Пульсирующие П-0 излучают сферические волны, которые характеризуются противофазой сжатия и разрежения М⁺ и М^- в объёме волны.

    Движущийся П-0 имеет характеристики нейтрино, символ ν. При движении со скоростью С - символ ν⁺, если в фазе сжатия находится М⁺, и ν ^–, если в фазе сжатия находится М^- . При движении со скоростью ниже С в объёме нейтрино существуют гравитационные волны, в которых происходит взаимодействие масс М⁺ и М^- . В общем случае заряды распределены в объёме нейтрино не симметрично, что является следствием случайных процессов динамики воздействия множества гравитационных волн. При столкновении двух нейтрино М⁺ и М^- в их объёмах приобретают вращение относительно оси. Тогда можно наблюдать свойства левого или правого нейтрино.

    Нейтрино, движущееся со скоростью С, имеет характеристики фотона γ, кванта волны.