Несколько очень простых вопросов о бозоне Хиггса

Что такое бозон?

Бозон — это частица, чей спин (= собственный угловой момент) представляет собой целое число. Например, фотон (частица, ответственная за электромагнитное взаимодействие) — это бозон. Сравните это с фермионом, таким как электрон, чей спин равен половине целого числа. Говоря повседневным языком, бозоны — это микроскопические частицы, из которых состоят силы: электромагнетизм и гравитация, а также слабые и сильные взаимодействия. Фермионы — это частицы, из которых состоит материя: протоны, нейтроны и электроны. Тот факт, что силы исходят от бозонов, а материя исходит от фермионов, является очень глубоким наблюдением и связан (по крайней мере частично) с чем-то, что называется теоремой о «спиновой статистике», но позвольте мне не вдаваться в это.

Теперь позвольте мне отметить, что все бозоны, ответственные за создание сил, имеют спин 1 или 2. Бозон Хиггса — это другой вид бозона, который не ведет себя как сила. Технически это связано с тем, что ее спин равен 0. На самом деле, это единственная известная нам фундаментальная частица со спином 0: все остальные известные частицы имеют спин 1/2 (фермионы), 1 или 2.

Является ли бозон Хиггса причиной гравитации или ее следствием? Создает ли столкновение частиц на БАК гравитационное поле или волны или как-то взаимодействует с гравитационным полем Земли?

Бозон Хиггса не имеет ничего общего с гравитацией. Оно не вызывает гравитацию и не является результатом гравитации. Частица, которая «вызывает» гравитацию, называется гравитоном, она является бозоном, как и все другие частицы взаимодействия, и имеет спин 2.

Бозон Хиггса придает массу другим фундаментальным частицам, и эта масса затем взаимодействует с гравитацией точно так же, как и всякая другая масса. Но это косвенное отношение.

Частицы на БАК взаимодействуют с гравитационным полем Земли точно так же, как и все другие частицы. Как часть столкновений, безусловно, также создаются некоторые гравитоны (= «гравитационные частицы»). Но это совершенно незначительные эффекты, которыми можно пренебречь, потому что гравитация — гораздо более слабая сила, чем все остальные.

Предполагается, что бозон Хиггса довольно массивен и эквивалентен большому количеству протонов. Было ли необходимо много частиц для его создания или лишь несколько частиц, движущихся с высокой скоростью? Превратилась ли высокая энергия в большую массу?

Я не уверен, что вы подразумеваете под «эквивалентным большому количеству протонов». Это правда, что если вы взвесите одну частицу бозона Хиггса, она будет весить примерно 120 протонов, но они не связаны между собой, кроме этого простого факта.

Частица Хиггса, как и все другие частицы, образующиеся на БАК, создается в результате столкновения двух высокоэнергетических (= очень быстрых) протонов. Действительно, при столкновениях, при которых создавался бозон Хиггса, энергия протонов превращалась в массу частицы бозона Хиггса.

Почему частица такая короткоживущая и на что она распадается?

Хиггс недолговечен в основном потому, что он очень массивен. Грубо говоря, чем массивнее частица, тем быстрее она распадается на другие частицы. Это не точное утверждение, потому что оно действительно зависит от того, до чего может распасться частица. Например, протон массивен по отношению к электрону, но вроде ни во что не распадается по разным причинам.

Частица Хиггса имеет различные возможности распада (эти возможности называются «каналами распада»). Например, он может распасться на два фотона или на два кварка, таких как нижний и антинижний.

Что такое бозон?

прочитайте содержание ссылки, которую вы предоставили. Это частица с целым спином (0 — наименьшее целое число), которая подчиняется статистике Бозе-Эйнштейна.

Является ли бозон Хиггса причиной гравитации или ее следствием?

Ни один

Создает ли столкновение частиц на БАК гравитационное поле

Нет

или волны или как-то взаимодействуют с гравитационным полем земли

Гравитация намного слабее слабого взаимодействия, проявлением которого является бозон Хиггса. Так что гравитация тут ни при чем.

Предполагается, что бозон Хиггса довольно массивен и эквивалентен большому количеству протонов. Было ли необходимо много частиц для его создания или лишь несколько частиц, движущихся с высокой скоростью?

Нет, даже не мало. Всего две входящие частицы . Оно могло появиться при распаде более массивных частиц.

Была ли высокая энергия преобразована в большую массу

да

Почему частица такая короткоживущая и на что она распадается?

Как правило, чем тяжелее частица, тем быстрее она распадается, потому что доступная энергия открывает возможность распада на множество каналов.

Посмотрите на доминирующие (в поперечном сечении) коэффициенты ветвления распада.