Как стандартная модель и бозон Хиггса фактически подтверждаются экспериментально на практике?

Как правило, мы решаем уравнение в частных производных (аналитически, если можем, но часто можем делать только численные расчеты), где на вход задачи ставим известные величины

Физика началась с наблюдений за природой, и развивалась математика, которая могла моделировать наблюдения и измерения и предсказывать будущие установки.

Начиная с геометрии до нашей эры, которая развилась из потребностей измерения и планирования землепользования, до астрономических наблюдений, которые начались с геоцентрической и стали гелиоцентрической системой, математические модели физики развивались медленно и представляли собой в основном алгебраические уравнения.

С Ньютоном дифференциальные уравнения и исчисление стали основным инструментом моделирования наблюдений. Уравнения Максвелла в девятнадцатом веке являются главным примером физических моделей, использующих дифференциальные уравнения для упрощения моделей и обретения огромной силы предсказуемости. Это установило стандарт для моделирования физических данных.

Стандартная модель физики элементарных частиц — это настоящая модель, которая объединяет электромагнитное взаимодействие со слабым и сильным взаимодействием в логике, аналогичной максвелловскому объединению электрических и магнитных взаимодействий с его дифференциальными формулировками.

Стандартная модель оказалась не цельной (как Афина из головы Зевса). Он медленно создавался за счет использования решений дифференциальных уравнений во второй половине двадцатого века по мере строительства ускорителей и увеличения энергии взаимодействий.

От рассеяния Резерфорда , которое показало, что атомы имеют твердое ядро, ядро, до рассеяния частиц LHC друг на друге и измерения их поперечного сечения, было основным экспериментальным инструментом для изучения микромира элементарных частиц.

Стандартная модель — это модель, которая зависит от решений дифференциальных уравнений (или эквивалентных математических формулировок), где константы медленно подгонялись к экспериментам по мере того, как энергии становились все выше и выше, с рядом неизвестных констант, которые должны быть определены экспериментально.

Модель построена вокруг симметрий SU(3)xSU(2)xU(1), которым, по наблюдениям, подчиняется множество элементарных частиц и их составных частей. Поле Хиггса и масса сопровождающего бозона Хиггса были одной из констант, которые искали при построении этих экспериментов, чтобы завершить или расширить стандартную модель в соответствии с новыми данными LHC.

Данные, полученные на LHC, представляют собой терабайты чисел, описывающих отдельные события рассеяния. Вот одно событие , все эти импульсы записаны.

Эти события дают распределения, как, например, распределение масс Хиггса для конкретных каналов наблюдения.

Обратите внимание на пунктирную линию под пиком Хиггса. Он представляет терабайты данных искусственных, Монте-Карло , событий, сгенерированных в соответствии с дифференциальными уравнениями Лагранжа, с известными входными данными, в качестве фона для поиска новой физики, не включенной в формулировку. Сам механизм Хиггса не ограничен предыдущими данными, которые построили стандартную модель, потому что он может быть за пределами кинематики БАК или даже составного эффекта. Предсказания Стандартной модели для массы бозона Хиггса имеют диапазон. БАК, помимо прочего, был построен для измерения этой массы и лучшего определения СМ.

Имея в виду вышеизложенное:

в случае экспериментов БАК по открытию бозона Хиггса, каковы входные данные?

Вход - измерения.

Что такое «численное вычисление» (и где оно?

Численный расчет представляет собой моделирование событий по Стандартной модели и сравнение с новыми измерениями по аппроксимациям.

Как реализуется теория? Используют ли экспериментаторы специальное программное обеспечение?

Теория в основе генерации событий методом Монте-Карло.

Требуется ли для этого огромная мощность процессора?) (Я предполагаю, что это не решение уравнения в частных производных?)

Да. Это интегрирование дифференциальных уравнений СМ методом Монте-Карло.

? Что обычно получается на выходе?

См. график Хиггса выше. Распределения, угловые , энергии, импульсы, инвариантные массы ... множества событий, выбранных в соответствии с конкретными каналами исходящих частиц из протонного рассеяния протонов, для сравнения с расчетами Монте-Карло Стандартной модели.

Чтобы ответить на заголовок:

Как стандартная модель и бозон Хиггса фактически подтверждаются экспериментально на практике?

Стандартная модель проверяется всякий раз, когда новые данные согласуются с ней. Открытие бозона Хиггса подтвердило стандартную модель. То, что это бозон Хиггса, вытекает из измерения углового распределения и изучения каналов, в которых он может быть обнаружен (он может распадаться).

Настоящая цель экспериментальной физики высоких энергий состоит в том, чтобы найти эффекты, не предсказанные стандартной моделью, которые потребовали бы ее расширения/модификации/... ее.