本日、 CERNの会議で 、崩壊チャンネルZZと光子-光子が合計5シグマの信頼度を与えることが公式に発表されました。 これは、推測の成功と科学的発見の間のしきい値が克服されたことを意味します。 彼らは間違いなく粒子を発見しました。 同時に、ATLAS実験の気分はより抑制されています。
そして、これはこの粒子について私たちが知っていることを理解する絶好の瞬間です。 個人的に、物理学の学生として、私はミサの寄贈のカルトの破壊に興味があります。 これに集中します。 私は、できる限り、誰もが聞いたフレーズを簡単かつ明確に説明しようとします。
これを行うには、理論物理学の2つの礎石- 最小作用の原理とネーター定理に精通する必要があります。
対称性
現代理論の多くの現象は、単純な構造で説明できます。宇宙に特定の対称性-ネーターの定理-よく知られている物理現象を与えることです。 いくつかの例：
- 空間は均質-平行移動に関する対称性-運動量保存の法則
- 時間は一定です-時間変位に関する対称性はエネルギー保存の法則です（実際、運動量と同じ法則）
- 空間等方性-回転に関する対称性-角運動量保存の法則（この瞬間から自転車に乗ることができます）
- もう少し複雑：理論が局所ゲージ変換に関して対称的であると仮定すると-数ステップで光、電気、文明のすべての利点を得ることができます
同じ原則を使用して、一連の対称性を選択し、最新の標準モデルに対応するシステムを取得できます。 しかし、その後、 4ゲージボソン -光子、W±およびZを取得します。 これらは質量を持ちません 。
同時に、実験では、 質量のない（光子）1個とかなり重い3個の粒子を明確に観測しています。
ここで、物理学では、多くの現象は、それらをどのように考えるかによって大きく外部的に変化することを理解することが重要です。しかし、同時に、異なる「アイデア」は依然として同じ現象を説明します。 量子物理学では、一般に粒子や状態について話すことは困難です。性質は、それらを配置する基礎に強く依存します。 少なくとも、 カオンの振動を思い出してください。
自発的な対称性の破れ
具体的には、ミサのある寄付に目を向けます。 質量のない粒子を予測し、質量のある粒子を測定する理由を理解する最も簡単な方法は、システムの自発的な対称性の破れのメカニズムを使用することです。 このメカニズムを理解するには、古典力学の基本的な知識が必要です（2年目に大学で勉強します）-私はそれを期待することはできません。 次に、ウィキペディアを参照します。
脱線して、最も単純な機械システムを考えてみましょう。ある種の均質材料の円柱を垂直に配置し、そのベースに押し付けます。 しばらくの間、すべてがうまくいきます。シリンダーは対称であり、圧力がかかると徐々に短くなります。 しかし、ある時点で、シリンダー内部の応力が非常に大きくなるため、長さに沿って圧縮するのが不利になります。シリンダーが横に曲がった状態が好ましい状態になり、システムがそれになります。
この時点で、疑問が生じます：シリンダーを曲げる方法は？ すべての方向は同じであり、シリンダーは2つの同一の干し草の山の間を選択して死亡したアンティークロバに似始めます。 一方、システムは何らかの位置を取る必要があります-それはand意的ではありませんが、システムのはるかに複雑なダイナミクスに依存します。 私たちにとって、システムを運動学的に考慮すると、選択はランダムで自発的になります。
これを数学の言語で考えると、次の図が得られます。
これはシステムのエネルギーのグラフであり、ボールはその現在の状態を象徴しています。 このシステムに相当するものはさらに単純になります。ポテンシャルのある質量のない粒子で、上の画像とまったく同じ形状です。 しかし、さらに単純になります-このグラフの1つの中央セクションにある1つの次元の粒子で：
更新： newpavlovが正しく指摘したように 、これは完全に古典的な力学ではありません-ここでは古典的な場の理論以上のものです。 したがって、粒子は座標ではなく、空間内の点での「密度」の値で記述されます。 ありがとう
次に、質量がどのように増加するかを確認します。 数式が始まります。 古典力学、2年。 必要に応じて、最初の巻はLandauです:)または- ウィキペディアの記事 。
ラグランジュ系：
（Lはラグランジュ関数、phiは粒子密度場であり、座標と時間に依存します。ラムダとvは潜在的なパラメーターで、微分は座標と時間に関して取得されます）
最初の項は動的で、2番目の項は粒子が位置する電位に対応します。 しかし、参照フレームを変更すると、すべてが魔法のように変わります。 システム0を潜在的な最小値の1つに移動します- 対称性を自発的に破ります。 実際、システムが特定の最小値に陥ったことを受け入れます。
次に、このようになります：
何が見えますか？ システム内の変数の置換により、用語が特定されました。この用語は、粒子の質量として解釈できます。 しかし、実際には、 超自然的なことは何も起こりませんでした 。 必要に応じて視点を変更しました-左に3ステップ移動しました。
結論
同様に、はるかに複雑な形でのみ、最近存在する不完全な標準モデルは、実際には一貫性があるだけでなく、はるかに一般的な理論的構築とも一致することがわかります。
私は注意します：ヒッグス粒子は上記のすべてがなくても考えることができます。 対称性を忘れると、ヒッグス粒子は単なる粒子になります。その存在により、実験は理論と収束します。
ただし、これは達成を損なうものではありません。 本日、理論物理学で最も成功した推測の1つを確認しました。
これが、この興味深いトリックの最も簡単な説明を想像する方法です。 良い一日を。ポピュリズムにだまされないでください！
写真を手伝ってくれたm0nhawkに感謝します。