힉스 보손

힉스 보손

힉스 후보는 LHC에서 양성자 간의 충돌로 인해 발생하는 사건. CMS 실험의 상위 이벤트는 두 개의 광자(노란 선과 녹색 타워)로 분해되는 것을 보여준다. ATLAS 실험에서 더 낮은 사건은 4개의 뮤온(빨간 선로)으로 붕괴하는 것을 보여준다.[a]
구성	소립자
통계	보소닉
상태	2012년에 질량이 125 GeV인 입자가 발견되었고 후에 더 정확한 측정으로 힉스 입자로 확인되었다.[1] (참조: 현재 상태)
기호	H0
이론화된	R. Brout, F. 엥글러트, P. 힉스, G. S. 구랄니크, C. R. 하겐, T. W. B. 키블(1964)
발견된	대형 하드론 충돌기(2011~2013년)
미사	125.10 ± 0.14 GeV/c2[2]
평균 수명	1.56×10초−22[b](predicted)
로 분해하다.	밑단항체 쌍(쌍)[4][5] W 보손 2개(관측) 글루온 2개(예측) Tau-antitau 쌍(관측) Z 보손 2개(관측) 광자 2개(관측) 뮤온-앤티뮤온 쌍(예측) 기타 다양한 데이지(예측)
전하	0 e
색전하	0
스핀	0[6][7]
약한 이소스핀	−1/2
약한 과충전	+1
패리티	+1[6][7]

힉스 보손은 입자물리학 이론의 한 분야인 ^[8][9]힉스장의 양자 흥분으로 생성된 입자물리학의 표준모델의 기초 입자다.^[9] 스탠더드 모델에서 힉스 입자는 스핀이 전혀 없고 전하가 없으며 색전하가 없는 거대한 스칼라 보손이다. 그것은 또한 매우 불안정해서 거의 즉시 다른 입자로 부패한다.

1964년 물리학자인 피터 힉스의 이름을 딴 것인데, 그는 5명의 다른 과학자들과 함께 왜 어떤 입자가 질량을 갖는지 설명하기 위해 힉스 메커니즘을 제안했다. (입자는 여러 가지 방법으로 질량을 획득하지만, 모든 입자에 대한 완전한 설명은 매우 어려웠다.) 이 메커니즘은 힉스 메커니즘 이론에 의해 기술된 것과 같이 보손이라고 알려진 스핀리스 입자가 성질을 가지고 존재해야 하는 것을 요구하였다. 이 입자는 힉스 보손이라고 불렸다.

2012년 스위스 제네바 인근 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)에서 ATLAS와 CMS 실험에 의해 예상되는 성질을 가진 아원자 입자가 발견되었다. 이 새로운 입자는 힉스 보손의 예상 속성과 일치하는 것으로 나중에 확인되었다.

2013년 12월 10일, 물리학자인 피터 힉스와 프랑수아 엥글러트 두 명이 이론적 예측으로 노벨 물리학상을 받았다. 비록 힉스의 이름이 이 이론(힉스 메커니즘)과 연관되게 되었지만, 1960년에서 1972년 사이의 여러 연구자들은 독립적으로 그것의 다른 부분을 개발했다.

주류 매체에서 힉스 보슨은 많은 물리학자들이 이 별명을 보증하지는 않지만 노벨상 수상자인 레온 레더만의 1993년 저서 '신의 입자'에서 종종 '신의 입자'로 불렸다.^[10][11][12]

소개

입자물리학 표준모형
표준모델의 기초입자
배경 입자물리학 표준 모델 양자장 이론 게이지 이론 자연대칭파단 힉스 메커니즘
구성 요소 전기와크 상호작용 양자 색역학 CKM 행렬 표준모형수학
제한 사항 강력한 CP 문제 계층 문제 중성미자 진동 표준 모델을 벗어난 물리학
과학자들 러더퍼드 · 톰슨 · 채드윅 · 보스 · 수다르산 · 데이비스 주니어 · 앤더슨 · 페르미 · 디락 · 파인만 · 루비아 · 겔만 · 켄달 · 테일러 · 프리드먼 · 파월 · P. W. 앤더슨 · 글래쇼 · 일리오풀로스 · 마이아니 · 미어 · 코완 · 남부 · 체임벌린 · 카비보 · 슈워츠 · 펄 · 메이저나나 · 와인버그 · 리 · 병동 · 살람 · 코바야시 · 마스카와 · 양 · 유카와 · 't 후프트' · 벨트만 · 징그럽다 · 폴리티저 · 윌체크 · 크로닌 · 피치 · 블렉 · 힉스 · 잉글러트 · 브라우트 · 하겐 · 구랄니크 · 키블 · 산티아고 안투네즈 데 마욜로 · 세자르 라테스
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표준 모델

물리학자들은 중력을 제외한 기초 물리학의 거의 모든 것을 이해하기 위한 널리 받아들여진 프레임워크인 표준 모델이라는 관점에서 기초 입자 사이의 힘의 특성을 설명한다. (중력에는 별개의 이론인 일반 상대성이 사용된다.) 이 모델에서 자연의 근본적 힘은 게이지 불변성과 대칭이라고 불리는 우리 우주의 성질로부터 발생한다. 이 힘은 게이지 보손이라고 알려진 입자에 의해 전달된다.^[13][14]

게이지 보손 질량의 문제

전기장 이론은 전자기장과 강한 힘을 이해하는 데 큰 성공을 거두며 사용되었지만, 1960년경에는 약한 힘에 대한 게이지 불변성 이론(그리고 그 이론과 기초적인 힘 전자석의 결합, 전기약자 상호작용)을 만들려는 모든 시도는 지속적으로 실패하여 게이지 이론은 그 결과 확고해졌다.그 결과 평판이 나빠질 것을 간청하다 문제는 게이지 불변성 이론에 대칭 요건이 들어 있다는 점이었고, 이들은 약력의 게이지 보손(W와 Z)이 질량을 0으로 가져야 한다고 잘못 예측했다. 그들이 0이 아닌 질량을 가지고 있다는 것은 실험을 통해 알려져 있다.^[15] 즉, 게이지 불변성이 잘못된 접근 방식이었거나 알 수 없는 다른 무언가가 이러한 입자들에게 질량을 제공한다는 것을 의미했다. 1950년대 후반까지 물리학자들은 이러한 문제들을 해결하지 못했고 여전히 입자물리학을 위한 포괄적인 이론을 만들 수 없었다. 왜냐하면 이 문제를 해결하기 위한 모든 시도는 단지 더 많은 이론적인 문제들을 만들어내기 때문이다.

대칭파단

1950년대 후반, 남부 요이치로씨는 대칭 시스템이 비대칭 상태로 끝나는 과정인 자발적 대칭 파괴가 특정 조건에서 발생할 수 있다는 것을 인식했다.^[c] 1962년 응축물질물리학 분야에서 일하고 있는 물리학자 필립 앤더슨은 대칭파단이 초전도성에 역할을 하며, 입자물리학의 게이지 불변성 문제와 관련이 있을 수 있다고 관찰했다. 1963년에는 적어도 일부 제한적(비재균적) 사례에 대해서는 이론적으로 이것이 가능한 것으로 나타났다.

힉스 메커니즘

1962년과 1963년 논문에 이어 세 그룹의 연구자들이 1964년 PRL 대칭파쇄 논문을 일부 제한된 사례만이 아니라 모든 사례에 대해 유사한 결론으로 독립적으로 발표했다. 그들은 우주 전체에 특이한 형태의 장(場)이 존재한다면 전기약 대칭의 조건이 "파손될" 것이고, 실제로 어떤 근본적인 입자들은 질량을 획득할 것이라는 것을 보여주었다. 이를 위해 필요한 분야(당시에는 순전히 가상적이었던 분야)는 힉스 분야(연구자 중 한 명인 피터 힉스 이후)로 알려지게 되었고, 힉스 메커니즘으로 알려진 대칭 파괴로 이어진 메커니즘이 되었다. 필요한 분야의 주요 특징은 다른 알려진 모든 분야와 달리 필드가 0보다 0이 아닌 값을 갖는 데 에너지가 적게 소요되므로 힉스 필드는 어디서나 0이 아닌 값(또는 진공 기대치)을 갖는다는 것이다. 이 0이 아닌 값은 이론상으로는 전기약 대칭성을 깨뜨릴 수 있다. 이것은 약한 힘 게이지 보손들이 그들의 지배적 대칭에도 불구하고 어떻게 질량을 가질 수 있는지를 게이지 불변 이론 내에서 보여줄 수 있는 첫 번째 제안이었다.

이러한 생각들이 초기 지지나 관심을 많이 얻지는 못했지만, 1972년까지 포괄적인 이론으로 발전하여 당시 알려진 입자를 정확하게 기술하고, 예외적으로 정확하게 다음 해 동안 발견된 몇 개의 다른 입자를 예측하는 "감각적인" 결과를 줄 수 있는 것으로 증명되었다.^[d] 1970년대에 이러한 이론들은 빠르게 입자 물리학의 표준 모델이 되었다.

힉스장

표준 모델에는 전기약 대칭을 "파쇄"하고 입자에 정확한 질량을 부여하는 데 필요한 종류의 분야가 포함되어 있다. '하이그스 필드'라고 불리는 이 필드는 우주 곳곳에 존재하며, 전기와크 상호작용의 일부 대칭 법칙을 깨뜨려 힉스 메커니즘을 촉발한다. 따라서 W 및 Z 게이지 보손은 모든 온도가 극단적으로 높은 값 미만일 때 질량이 크다.^[e] 약한 보손들이 질량을 획득할 때, 이것은 그들이 자유롭게 이동할 수 있는 거리에 영향을 미치며, 이것은 또한 실험적인 발견과 일치하게 된다.^[f] 더욱이, 동일한 분야가 물질의 다른 기본 성분(전자와 쿼크 포함)이 질량을 갖는 이유를 다른 방식으로 설명할 것이라는 것도 나중에 깨달았다.

전자기장 등 다른 알려진 모든 장과 달리 힉스장은 스칼라 장으로 진공상태에서는 0이 아닌 평균값을 갖는다.

"중앙 문제"

힉스 영역이 존재한다는 직접적인 증거는 아직 없었지만, 그 영역에 대한 증거가 없어도, 그 예측의 정확성은 과학자들이 그 이론이 사실일지도 모른다고 믿게 만들었다. 1980년대에 이르러 힉스 분야가 존재하는지, 따라서 표준 모델 전체가 맞는지에 대한 문제는 입자물리학에서 가장 중요한 풀리지 않는 질문들 중 하나로 여겨지게 되었다.

수십 년 동안 과학자들은 힉스 필드의 탐지에 필요한 기술이 당시에는 존재하지 않았기 때문에 힉스 필드의 존재 여부를 판단할 방법이 없었다. 만일 힉스 필드가 존재한다면, 그것은 알려진 다른 기본 분야와 다를 것이지만, 이러한 핵심 아이디어들, 또는 심지어 전체 표준 모델들이 어쩐지 부정확할 수도 있었다.^[g]

가설의 힉스 메커니즘은 몇 가지 정확한 예측을 했다.^{[d][17]: 22} 한 가지 결정적인 예측은 "하이그스 보손"이라고 불리는 일치하는 입자도 존재해야 한다는 것이었다. 힉스 보손의 존재를 증명하는 것은 힉스 필드의 존재 여부를 증명할 수 있으며, 따라서 마침내 스탠더드 모델의 설명이 정확한지를 증명할 수 있다. 따라서 힉스 필드 자체가 존재한다는 것을 증명하는 방법으로서 힉스 보손에 대한 광범위한 검색이 있었다.^[8][9]

힉스 영역의 존재는 입자물리학의 표준모델의 마지막 검증되지 않은 부분이 되었고, 수십 년 동안 "입자물리학의 중심 문제"^[18][19]로 여겨졌다.

검색 및 검색

힉스 분야는 어디에나 존재하지만, 그 존재를 증명하는 것은 결코 쉬운 일이 아니었다. 원칙적으로 힉스 입자(힉스 입자)로 발현되는 그 배설물을 탐지함으로써 존재한다는 것을 증명할 수 있지만, 이러한 배설물을 생산하는 데 필요한 에너지와 에너지가 충분하더라도 매우 희귀한 생산량 때문에 생산과 탐지가 극히 어렵다. 따라서 힉스 보손의 첫 증거가 발견되기까지는 수십 년이 걸렸다. 힉스 보슨을 찾을 수 있는 입자 충돌기, 검출기, 컴퓨터 등은 개발하는데 30년 이상 걸렸다(c. 1980-2010).

이 근본적인 질문의 중요성은 40년 동안의 탐색으로 이어졌고, 관찰과 연구를 위한 힉스 보손과 다른 입자들을 창조하기 위한 시도로 지금까지 세계에서 가장 비싸고 복잡한 실험 시설 중 하나인 CERN의 Large Hadron Collider의 건설로 이어졌다.^[20] 2012년 7월 4일, 125 - 127 GeV/c² 사이의 질량을 가진 새로운 입자의 발견이 발표되었다; 물리학자들은 그것이 힉스 보손이라고 추측했다.^[21][22][23] 그 이후로, 이 입자는 표준 모델에 의해 힉스 입자에 대해 예측된 많은 방법으로 동작, 상호작용, 붕괴하는 것으로 나타났으며, 힉스 입자의 두 가지 기본 속성인 ^[6][7]짝수 패리티와 제로 스핀을 가지고 있다. 이것은 또한 그것이 자연에서 발견된 첫 번째 초기의 스칼라 입자라는 것을 의미한다.^[24]

2013년 3월까지 힉스 보손의 존재가 확인되어 우주 전체에 걸쳐 어떤 형태의 힉스 필드의 개념이 강하게 지지되고 있다.^[21][23][6]

현재 실험 조사에 의해 확인되고 있는 이 영역의 존재는 대칭이 질량이 없어야 함을 암시하는 상호작용을 제어함에도 불구하고, 일부 기본 입자가 질량이 있는 이유를 설명한다. 그것은 또한 약한 힘 보손들이 이동하는 극히 짧은 거리의 이유, 따라서 약한 힘의 극히 짧은 범위와 같은 몇 가지 다른 오랜 퍼즐을 해결한다.

2018년 현재, 심층 연구는 입자가 표준 모델 힉스 보손에 대한 예측에 따라 계속 작용한다는 것을 보여준다. 발견된 입자가 예측한 모든 성질을 가지고 있는지 또는 일부 이론에서 설명한 것처럼 복수의 힉스 입자가 존재하는지 여부를 보다 정밀하게 검증하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.^[25]

현재 이 분야의 특성과 특성은 LHC에서 수집된 더 많은 데이터를 사용하여 추가적으로 조사되고 있다.^[1]

해석

무지개와 프리즘 등 대칭 파괴 효과가 잘 알려진 아날로그, 전기장, 물 표면의 잔물결 등 힉스장과 보손(boson)을 묘사하는 데 다양한 유사점이 사용돼 왔다.

힉스 장은 실제로 입자에 저항하지 않고 질량의 영향이 저항으로 인해 발생하는 것이 아니기 때문에 매체를 통해 이동하는 매크로 물체(예: 군중 속을 이동하는 사람들 또는 시럽이나 당밀을 통해 이동하는 일부 물체)의 저항성에 기초한 다른 유사점은 일반적으로 사용되지만 오해의 소지가 있다.

속성 개요

스탠더드 모델에서 힉스 입자는 스핀이 전혀 없고 전하가 없으며 색전하가 없는 거대한 스칼라 보손이다. 그것은 또한 매우 불안정해서 거의 즉시 다른 입자로 부패한다. 힉스 필드는 스칼라 장으로, 두 개의 중립성분과 두 개의 전기 충전성분이 있어 약한 이소스핀 SU(2) 대칭의 복잡한 이중성을 형성한다. 힉스 필드는 '멕시코 모자 모양' 잠재력을 가진 스칼라 필드다. 그 지상 상태에서, 이것은 그 장이 모든 곳에 0이 아닌 값을 갖게 하고(그렇지 않으면 빈 공간을 포함), 그 결과, 매우 높은 에너지 아래로 전기약자 상호작용의 약한 이소스핀 대칭을 깨뜨린다. (기술적으로 0이 아닌 기대 값은 라그랑지아의 유카와 결합 항을 질량 항으로 변환한다.) 이렇게 되면 힉스장의 세 가지 성분이 SU(2)와 U(1) 게이지 보손("하이그스 메커니즘")에 의해 "흡수"되어 약력의 현재 질량 W와 Z 보손의 종적 구성요소가 된다. 나머지 전기 중립 구성 요소는 힉스 입자로 나타나거나, 페르미온이라고 알려진 다른 입자와 별도로 결합하여 (유카와 커플링을 통해) 질량을 획득할 수도 있다.^[26]

의의

힉스 분야와 그 속성에 대한 증거는 여러 가지 이유로 매우 중요했다. 힉스 보손의 중요성은 힉스장 이론 전체를 확인하고 연구하기 위한 방법으로 기존의 지식과 실험 기술을 이용해 검사할 수 있다는 점이 크다.^[8][9] 반대로 힉스 필드와 보손은 존재하지 않는다는 증거도 상당했을 것이다.

입자물리학

표준 모델 검증

힉스 보슨은 질량 생성 메커니즘을 통해 표준 모델을 검증한다. 그 속성에 대한 보다 정밀한 측정이 이루어짐에 따라, 보다 발전된 확장이 제안되거나 제외될 수 있다. 현장의 행동과 상호작용을 측정하기 위한 실험 수단이 개발됨에 따라 이 기본 분야를 더 잘 이해할 수 있을 것이다. 힉스 필드가 발견되지 않았다면 표준 모델을 수정하거나 대체해야 했을 것이다.

이와 관련, 물리학자들 사이에서는 일반적으로 표준 모델을 넘어 "새로운" 물리학이 존재할 가능성이 있다는 믿음이 존재하며, 표준 모델은 어느 시점에 확장되거나 대체될 것이다. 힉스 발견은 LHC에서 발생하는 많은 측정된 충돌뿐만 아니라 물리학자들에게 표준 모델이 실패할 것 같은 증거를 찾기 위해 데이터를 검색할 수 있는 민감한 도구를 제공하며, 연구자들에게 미래의 이론적 개발을 안내하는 상당한 증거를 제공할 수 있다.

전자와크 상호작용의 대칭파단

극도로 높은 온도 아래에서 전기와자 대칭 파괴는 전기와자 상호작용을 부분적으로 단거리 약력으로 나타나게 하며, 이는 거대한 게이지 보손에 의해 전달된다. 우주의 역사에서 전기약 대칭 파괴는 우주가 159.5±1.5GeV의 온도였을 때 뜨거운 빅뱅 직후에 일어났다고 여겨진다.^[27] 이 대칭 파괴는 원자나 다른 구조물이 형성되려면 물론 우리의 태양과 같은 별에서 핵반응이 일어나려면 필요하다. 힉스 필드는 이 대칭이 깨지는 원인이 된다.

입자 질량 획득

힉스 필드는 쿼크와 충전 렙톤(유카와 커플링을 통해)의 질량과 W 및 Z 게이지 보손(힉스 메커니즘을 통해)의 생성에 중추적인 역할을 한다.

힉스장은 무(無)로 질량을 "만들"하지 않으며(에너지 보존의 법칙에 위배될 수 있음), 모든 입자의 질량을 책임지는 힉스장도 없다는 점에 주목할 필요가 있다. 예를 들어, 바이론 질량의 약 99%(양자와 중성자와 같은 합성 입자)는 대신 양자 색역학적 결합 에너지로, 이것은 쿼크의 운동 에너지와 질량이 없는 글루온의 에너지의 합으로 바이론 내부의 강한 상호작용을 매개한다.^[28] 힉스 기반 이론에서, "질량"의 속성은 에너지의 형태로 그 질량을 포함하고 있었던 힉스 분야와 상호작용할 때("커플") 기본 입자에게 전달되는 잠재적 에너지의 발현이다.^[29]

스칼라 필드 및 표준 모델의 확장

힉스 필드는 탐지할 유일한 스칼라(spin 0) 필드이며, 표준 모델의 다른 모든 필드는 스핀입니다. ½페르미온 또는 1보손 회전. 힉스 보슨이 발견되었을 때 CERN의 국장 Rolf-Dieter Heuer에 따르면, 스칼라 장에 대한 이러한 존재 증거는 다른 입자의 질량을 결정하는 힉스의 역할만큼이나 거의 중요하다. 그것은 다른 이론에 의해 제안된 다른 가상의 스칼라 분야들, 즉 팽창에서 5중주까지 또한 존재할 수 있음을 시사한다.^[30][31]

우주론

인플라톤

힉스 분야와 인플레톤 사이의 가능성 있는 연관성에 대한 과학적인 연구가 상당히 있었다. – 우주의 1초 분율("인플레이션 시대"라고 알려진) 동안 우주의 팽창에 대한 설명으로 제시되었다. 어떤 이론들은 근본적인 스칼라장이 이 현상의 원인이 될 수 있다고 제안한다; 힉스 분야는 그러한 분야인데, 그 존재는 그것이 빅뱅 동안 우주의 기하급수적인 팽창의 원인이 될 수도 있는지를 분석하는 논문들로 이어졌다. 그러한 이론은 매우 잠정적이며 단위성과 관련된 중대한 문제에 직면하지만, 대형 비소수 결합, 브란스-다이크 스칼라 또는 기타 "신형" 물리학 등의 추가 특징과 결합하면 실행 가능성이 있으며, 이론적으로 힉스 인플레이션 모델이 여전히 관심사임을 시사하는 치료를 받았다.

우주의 자연과 그 운명은

표준 모델에서, "진공"이라고 알려진 우리 우주의 기초 상태가 오래 살지만 완전히 안정되지는 않을 가능성이 있다. 이 시나리오에서, 우리가 알고 있는 우주는 보다 안정된 진공 상태로 붕괴함으로써 효과적으로 파괴될 수 있다.^{[33][34][35][36][37]} 이것은 힉스 입자가 우주를 "끝내는" 것처럼 잘못 보도되기도 했다.^[h] 힉스 보손과 상단 쿼크의 질량을 좀 더 정확하게 알 수 있고, 표준 모델이 플랑크 스케일의 극한 에너지까지 입자 물리학에 대한 정확한 설명을 제공한다면, 진공 상태가 안정적인지 아니면 단지 장수하는지에 대한 계산이 가능하다.^[40][41][42] 125–127 GeV 힉스 질량은 안정성을 위한 경계선에 극히 가까운 것처럼 보이지만, 확정적인 대답은 상단 쿼크의 극질량에 대한 훨씬 더 정확한 측정을 요구한다.^[32] 새로운 물리학이 이 그림을 바꿀 수 있다.^[43]

만약 힉스 입자의 측정은 우리 우주 이런 종류의 거짓 진공에 있다라고 제안한다면, 그것 – 것 또 더 많은 years[44][나는]–의 많은 수십억에서( 다른 것으로 대체될)들을 알고 있다면 진정한 진공 핵이 있는에게 일어난 일은 우주의 힘 입자들과 건축물 존재하는 것, 것을 암시한다.[44][j] 또한 힉스 자가 결합 λ과 그 β_λ 함수는 플랑크 규모에서 0에 매우 가까울 수 있으며, 중력 이론과 힉스 기반 인플레이션을 포함한 "내장적인" 함의가 있을 수 있음을 시사한다.^{[32]: 218 [46][47]} 미래 전자-양전자 충돌기는 그러한 계산에 필요한 상단 쿼크의 정확한 측정을 제공할 수 있을 것이다.^[32]

진공 에너지와 우주 상수

더욱 추측적으로 힉스 영역은 또한 진공 에너지로 제안되었는데, 이는 빅뱅의 첫 순간의 극한 에너지에서 우주는 미분화, 극도의 높은 에너지의 특징 없는 대칭성이 되도록 만들었다. 이와 같은 종류의 추측에서 대통합 이론의 단일 통일된 분야를 힉스 분야로 식별(또는 모델링)하며, 현재 알려진 우주의 힘과 분야가 발생하는 것은 위상 전환에서 힉스 분야 또는 유사한 분야의 연속적인 대칭 분리를 통해 이루어진다.^[48]

힉스 분야와 현재 관측되고 있는 우주의 진공 에너지 밀도 사이의 관계(있는 경우)도 과학적인 연구 아래 왔다. 관찰한 바와 같이 현재의 진공 에너지 밀도는 0에 극히 가깝지만 힉스장, 초대칭 및 기타 현재 이론에서 기대되는 에너지 밀도는 일반적으로 크기가 더 큰 많은 순서로 되어 있다. 이것들이 어떻게 조정되어야 하는지는 불분명하다. 이 우주 상수 문제는 물리학에서 풀리지 않는 주요 문제로 남아 있다.

역사

1964년 PRL 논문의 6명의 저자는 2010 J. 사쿠라이 상을 왼쪽에서 오른쪽으로: 키블, 구랄니크, 하겐, 엥글러트, 브라우트, 오른쪽 이미지: 힉스.

이론화

입자 물리학자들은 교환 입자 - 게이지 보손 - 힘 전달자 역할을 하는 교환 입자에 의해 상호작용이 매개되는 기본 입자로부터 만들어진 물질을 연구한다. 1960년대 초에 이러한 입자들이 발견되거나 제안된 적이 있었는데, 그 중 일부는 이미 입자와 힘이 아니라 양자장과 그 대칭인 필드 이론으로 개편된 바 있다.^{[49]: 150} 그러나 알려진 네 가지 기본 힘 중 두 가지인 전자기력과 약한 핵력에 대한 양자장 모델을 생산한 다음 이러한 상호작용을 통일하려는 시도는 여전히 성공적이지 못했다.

한 가지 알려진 문제는 단일 이론에 큰 가능성을 가지고 있던 양-밀스 이론(1954년)과 같은 비아벨론 모델을 포함한 게이지 불변 접근법도 질량이 없는 것으로 알려진 거대 입자를 예측하는 것처럼 보인다는 것이다.^[50] 골드스톤의 정리는, 어떤 이론들 안에서 계속되는 대칭과 관련된, 또한 제로 질량 입자도 단순히 "보이지 않는"^[52] 존재해야 한다는 것을 보여 주는 것처럼 보이기 때문에,^[51] 많은 분명한 해결책들을 배제하는 것처럼 보였다. 구랄니크에 따르면 물리학자들은 이러한 문제들이 어떻게 극복될 수 있는지에 대해 "이해할 수 없다"고 했다.^[52]

입자물리학자 겸 수학자 피터 워트는 당시 연구 상태를 다음과 같이 요약했다.

양과 밀스는 비아벨라 게이지 이론에 대해 연구하는데 한 가지 큰 문제가 있었다: 섭동 이론에서 그것은 우리가 보는 어떤 것과도 일치하지 않는 질량이 없는 입자를 가지고 있다. 이 문제를 제거하는 한 가지 방법은 이제 꽤 잘 이해되고 있는데, QCD에서 강한 상호작용이 먼 거리에서 질량이 없는 "글루온" 상태를 제거하는 것이다. 60년대 초까지, 사람들은 질량이 없는 입자의 또 다른 원천을 이해하기 시작했다: 연속적인 대칭의 자발적인 대칭 파괴. 필립 앤더슨이 1962년 여름에 깨닫고 해결한 것은 게이지 대칭과 자발 대칭이 모두 깨질 때 질량 없는 남부-골드스톤 모드가 질량 없는 게이지장 모드와 결합하여 물리적 질량 벡터장을 만들 수 있다는 것이다. 이것은 앤더슨이 선도적인 전문가 중 한 명이었던 초전도율에서 일어나는 일이다.^[50] [텍스트 축약]

힉스 메커니즘은 자발적 대칭 파괴의 부산물로서 벡터 보슨이 명시적으로 게이지 불변성을 파괴하지 않고 휴식 질량을 획득할 수 있는 과정이다.^[53][54] 처음에, 자연 좌우 대칭을 파괴 뒤에 수학 이론 및 분자 물리학 내에 난부 요이치로에 의해 1960,[55]에 발표되고 개념은 그러한 메커니즘"질량 문제"에 대하여 가능한 해결책은 원래 1962년 필립 앤더슨(이전에 부러진 symme에 관한 서류 쓴 성안 한 것을 제공할 수 있다고 생각했다.노력 그리고 초전도성의 결과도.^[56] 앤더슨은 양밀스 이론에 대한 1963년 논문에서 "초전도 아날로그를 고려하면... 두 종류의 보손은 서로 상쇄할 수 있을 것 같다. 유한한 질량 보손들을 떠나는 것")^[57][58] 그리고 1964년 3월, 아브라함 클라인과 벤자민 리는 골드스톤의 정리가 적어도 일부 비관계적인 경우에서 이런 식으로 피할 수 있다는 것을 보여주었고, 그것이 진정한 상대주의적 경우에서 가능할지 모른다고 추측했다.^[59]

이러한 접근방식은 세 그룹의 물리학자에 의해 독립적이고 거의 동시에 완전한 상대론적 모델로 빠르게 개발되었다: 1964년 8월 프랑수아 엥글러트와 로버트 브라우트에 의해,^[60] 1964년 10월 피터 힉스에 의해,^[61] 그리고 1964년 11월 제럴드 구랄닉, 칼 하겐, 톰 키블(GHK)^[62]에 의해서. 힉스는 또한 길버트의 이의제기에 대해 1964년 9월에 발표된 짧지만 ^[53]중요한 대응책을 썼는데,^[63] 이는 방사선계 내에서 계산하면 골드스톤의 정리나 길버트의 이의제기가 적용될 수 없다는 것을 보여주었다.^[k] 힉스는 나중에 길버트의 반대를 자신의 논문을 자극하는 것으로 묘사했다.^[64] 이 모델의 속성은 1965년 구랄니크에 의해,^[65] 1966년 힉스에 의해,^[66] 1967년 키블에 의해,^[67] 그리고 1967년 GHK에 의해 더 검토되었다.^[68] 원래의 3 1964년 논문은 게이지 이론이 자연적으로 대칭을 깨는 추가 영역과 결합되었을 때 게이지 보손은 지속적으로 유한 질량을 획득할 수 있다는 것을 보여주었다.^[53][54][69] 1967년 스티븐 와인버그와^[70] 압두스 살람은^[71] 독립적으로 힉스 메커니즘을 사용하여 쉘든 글래쇼가 가진 약자와 전자기 상호작용을 위한 통일된 모델(^[72]그 자체가 슈윙거의 작업의 연장)의 전기와크 대칭을 깨뜨리는 방법을 보여주었고, 입자물리학의 표준 모델이 되었다. 와인버그는 이것이 페르미온에게 질량 용어를 제공할 것이라는 것을 처음으로 관찰했다.^[73][l]

처음에는 게이지 대칭의 자발적 파괴에 관한 이러한 정론적 논문은 대체로 무시되었는데, 문제의 (아벨리안 게이지가 아닌) 이론은 막다른 길이라고 널리 믿었기 때문이며, 특히 이를 새로이 알 수 없다는 것이었다. 1971-72년, 마르티누스 벨트만과 제라드 후프트는 질량이 없는 대규모의 분야를 다룬 두 개의 논문에서 양-밀스의 재기명화가 가능하다는 것을 증명했다.^[73] 그들의 기여고 타인의 renormalisation 그룹의 일 러시아 물리학자들 류드 비크 파데예프, 안드레이 Slavnov, 예핌 Fradkin, 그리고 이고르 Tyutin[74]–다 결국" 엄청나게 크고 영향력 있는 심오한"[75]지만 궁극적인 이론의 여전히에게는 모든 핵심 요소를 출판 심지어에 의해"실질적인"이론적 작업 등 –.없wi죠 아냐!!흥미를 잃게 하다 예를 들어 콜먼은 한 연구에서 1971년^[76] 이전 와인버그의 논문에 대해 "본질적으로 아무도 관심을 기울이지 않았다"고 밝혀 2004년 노벨 연설에서 데이비드 폴리티저가 논의한 바 있다.^[75] – 현재 입자물리학에서^[77] 가장 많이 인용되고 있으며, 폴리티저에 따르면 1970년에도 글래쇼의 약한 상호작용에 대한 가르침에는 와인버그, 살람, 글래쇼의 작품에 대한 언급이 없었다.^[75] 실제로 폴리티저는 벨트만과 't 후프트'의 작품을 다른 사람들의 통찰과 결합시키고 완성된 이론을 대중화한 물리학자 벤자민 리 때문에 거의 모든 사람이 이 이론을 알게 되었다고 말한다.^[75] 이와 같이 1971년부터는 관심과 수용이 「폭발」^[75]되어 사상이 빠르게 주류로 흡수되었다.^[73][75]

그 결과 전기취약설과 표준모델은 (다른 것들 중에서) 약한 중성전류, 세 개의 보손, 상단 및 매력 쿼크, 그리고 매우 정밀하게 이들 중 일부의 질량 및 기타 성질을 정확하게 예측했다.^[d] 관련된 많은 사람들이 결국 노벨상이나 다른 유명한 상을 받았다. 근대 물리학에 대한 재조사에 관한 1974년 종이와 포괄적인 리뷰는"아무도 이러한 논쟁의[수학]정확성을 의심했다., 아무도 그 자연은 악마같이 충분히 똑똑한 기능을 활용할 수 있다고 믿는다"[78]은 이론은, 실험에 애심으로 정확한 답변 생산된 비료지만, 말했다. 다 그 이론이 근본적으로 정확한지 알 수 없다.^[79] 1986년 그리고 1990년대에 표준 모델의 힉스 섹터를 이해하고 증명하는 것이 "오늘날의 입자 물리학의 중심 문제"^[18][19]라고 쓰는 것이 가능해졌다.

PRL 문서의 요약 및 영향

Wikinews는 다음과 관련된 뉴스를 가지고 있다. 사쿠라이 상, 1964년 힉스 보손 이론 작품상 수상 힉스 보손 작품에 대한 노벨상 수상 가능성 논란

1964년에 쓰여진 세 개의 논문은 각각 물리 리뷰 레터즈의 50주년 기념식에서 이정표 논문으로 인정되었다.^[69] 그들의 6명의 저자들은 또한 이 작품으로 2010 J. 사쿠라이상 이론 입자 물리학상을 받았다.^[80] (같은 해 논란이 일기도 했다. 왜냐하면 노벨상의 경우, 6명의 과학자가 논문에 대한 공로를 인정받을 수 있기 때문이다.)^[81] 3개의 PRL 논문 중 2개(힉스 및 GHK 기준)에는 힉스 분야로 알려지게 될 가상의 분야와 가상의 양자인 힉스 보손에 대한 방정식이 포함되어 있었다.^[61][62] 이후 힉스의 1966년 논문은 보손의 붕괴 메커니즘을 보여주었다; 오직 거대한 보손만이 붕괴할 수 있고 해독제는 그 메커니즘을 증명할 수 있다.^{[citation needed]}

힉스에 의해 이 논문에서 그 입자, 그리고 마지막 문장에서 Higgs 그 이론" 보는 것의 불완전한 다생아의 scalar 및 벡터 보손"의"기본적 특징"를 쓸 정도로 육중하다.[61](프랭크, 닫기 클릭 발언은 1960년대 게이지 이론가들 질량 없는 벡터 보손의 문제에 초점을 맞춘 것이라면과 막대한 스칼라 b의 묵시적인 존재힉스는 중요한 것으로 보이지 않았다; 오직 힉스만이 그것을 직접적으로 다루었다.)^{[82]: 154, 166, 175} GHK에 의한 논문에서 보손은 질량이 없고 거대한 주에서 분리되었다.^[62] 2009년과 2011년의 리뷰에서 구랄닉은 GHK 모델에서 보손은 가장 낮은 순도의 근사치에서만 질량이 없지만 어떠한 제약도 받지 않고 더 높은 순서에 따라 질량을 획득한다고 밝히고, GHK 논문만이 모델에 질량이 없는 골드스톤 보손은 없음을 보여주고 완전한 분석을 할 수 있었다고 덧붙였다.f 일반 힉스 메커니즘.^[52][83] 세 사람 모두 매우 다른 접근법에도 불구하고 비슷한 결론에 도달했다. 힉스의 논문은 본질적으로 고전적 기법을 사용했고, 잉글러트와 브라우트는 가정된 대칭 파괴 진공 상태를 둘러싼 섭동 이론에서 진공 편광화 계산을 포함했으며, GHK는 운영자 형식주의와 보존 법칙을 사용하여 골드스톤의 정리가 작용될 수 있는 방법을 심층적으로 탐구했다.^[53] 이 이론의 일부 버전은 하나 이상의 힉스 필드와 보슨을 예측했으며, 힉스 보슨이 발견되기 전까지 대체적인 "하이그스리스" 모델들이 고려되었다.

실험 검색

힉스 보슨을 생산하기 위해 입자의 두 빔이 매우 높은 에너지로 가속되어 입자 검출기 내에서 충돌할 수 있다. 가끔, 비록 드물기는 하지만, 힉스 입자가 충돌 부산물의 일부로 빠르게 생성될 것이다. 힉스 보손은 매우 빠르게 분해되기 때문에 입자 감지기는 그것을 직접 감지할 수 없다. 대신 검출기는 모든 붕괴 제품( 붕괴 서명)을 등록하고 데이터로부터 붕괴 프로세스를 재구성한다. 관측된 붕괴 생성물이 힉스 보손의 붕괴 과정( 붕괴 채널로 알려져 있음)과 일치할 경우 이는 힉스 보슨이 생성되었을 수 있음을 나타낸다. 실제로 많은 프로세스에서 유사한 붕괴 서명이 생성될 수 있다. 다행히도, 표준 모델은 이러한 각각의, 그리고 각각의 알려진 공정의 발생 가능성을 정확하게 예측한다. 따라서 힉스 보슨이 존재하지 않을 경우 예상되는 것보다 검출기가 힉스 보손과 일치하는 붕괴 시그니처를 더 많이 검출한다면 이는 힉스 보슨이 존재한다는 강력한 증거가 될 것이다.

왜냐하면 입자 충돌에서 힉스 입자 생산에 매우 희귀한(110억이 LHC에)[m]과 많은 가능한 충돌 사건들 비슷한 붕괴 서명 할 수 있다, 충돌이 수조원 수백명의 데이터와 힉스 입자의 존재에 대한 결론 전에" 같은 사진을 보여 주"야 한다 분석될 필요가 있다.없어손이 닿다 새로운 입자가 발견되었다고 결론짓기 위해, 입자 물리학자들은 두 개의 독립된 입자 검출기의 통계적 분석을 통해 각각 관찰된 붕괴 서명이 단지 배경 무작위 표준 모델 사건(즉, 관측된 사건 수가 m)으로 인한 확률이 백만분의 1 미만임을 나타낼 것을 요구한다.새로운 입자가 없을 경우 기대했던 것과 다른 5 표준 편차(sigma) 이상의 광석 더 많은 충돌 데이터를 통해 관찰된 새로운 입자의 물리적 성질을 더 잘 확인할 수 있으며, 물리학자들이 표준 모델 또는 다른 가상의 새로운 입자로 설명되는 힉스 입자인지 여부를 결정할 수 있다.

힉스 보슨을 찾으려면 강력한 입자 가속기가 필요했는데, 이는 힉스 보슨이 저에너지 실험에서 보이지 않을 수 있기 때문이다. 결론 도출에 필요한 충분한 충돌을 확인하기 위해 충돌기는 높은 광도를 가져야 했다. 마지막으로, 충돌로 인해 생성되는 방대한 데이터(2012년 현재 연간 25페타바이트)를 처리하기 위해서는 첨단 컴퓨팅 시설이 필요했다.^[86] 42012년 7월의 발표 새로운 입자 가속기가 거대 하드론 충돌기로 알려진 CERN의 14TeV –의 계획된 궁극적으로 충돌 에너지에 7번 이전의 어떤 입자 가속기 –과 300조원이 넘는(3×1014)LHCproton–proton 충돌이 LHC컴퓨팅 그리드,(의 이 세계 최대의 컴퓨팅 그리드에 의해 분석하였다에 건설되었다. 2012), 36개국에 걸친 전 세계 네트워크의 170개 이상의 컴퓨팅 시설로 구성된다.^[86][87][88]

2012년 7월 4일 이전 검색

힉스 보손에 대한 최초의 광범위한 검색은 1990년대 CERN의 LEP(Large Electron-Positron Collider)에서 수행되었다. LEP는 2000년 서비스 종료 시점에 힉스입자에 대한 결정적인 증거를 찾지 못했다.^[n] 이는 힉스 보슨이 존재하려면 114.4 GeV/c보다² 무거워야 한다는 것을 암시했다.^[89]

1995년 최상위 쿼크를 발견한 충돌체인 테바트론이 이를 위해 개량된 미국 페르밀라브에서 수색 작업이 계속됐다. 테바트론이 힉스를 찾을 수 있으리라는 보장은 없었지만, 대하드론 충돌기(LHC)가 아직 건설 중이고 계획한 초전도 슈퍼 충돌기는 1993년 취소돼 지금까지도 한 번도 완성되지 못한 이후 가동 중인 유일한 슈퍼 충돌기였다. 테바트론은 힉스 질량의 추가 범위를 제외할 수 있었을 뿐, 더 이상 LHC를 따라갈 수 없어 2011년 9월 30일에 폐쇄되었다. 데이터의 최종 분석에서는 질량이 147 GeV/c에서² 180 GeV/c² 사이인 힉스 보손의 가능성을 배제했다. 또한, 115 GeV/c와² 140 GeV/c² 사이의 질량을 가진 힉스 보손을 나타내는 작은(그러나 유의하지 않은) 사건 초과가 있었다.^[90]

스위스 CERN의 대형 하드론 충돌기는 힉스 보손의 존재를 확인하거나 제외할 수 있도록 특별히 설계되었다. 원래 LEP가 거주하던 제네바 인근 지하 27km의 터널에 건설된 이 건물은 처음에는 양자의 두 빔을 빔당 3.5TeV(총 7TeV)의 에너지, 즉 테바트론의 거의 3.6배에 달하는 에너지로 충돌시켜 향후 2×7TeV(총 14TeV)로 업그레이드할 수 있도록 설계됐다. 이론은 힉스 보슨이 존재한다면, 이러한 에너지 레벨에서의 충돌이 그것을 드러낼 수 있어야 한다고 제안했다. 지금까지 만들어진 가장 복잡한 과학 기기 중 하나로, 50개 이상의 초전도 자석을 손상시키고 진공 시스템을 오염시키는 전기 연결 결함으로 인해, 취임 시험 9일 후에 자석 냉각 이벤트에 의해 14개월 동안 운영 준비가 지연되었다.^[91][92][93]

LHC에서의 데이터 수집은 마침내 2010년 3월에 시작되었다.^[94] 2011년 12월까지 LHC의 두 가지 주요 입자 검출기인 ATLAS(ATLAS)와 115-127 GeV(CMS)로 힉스가 존재할 수 있는 질량 범위를 좁혔다.^[95][96] 또한 이미 "증발"되어 무작위 변동일 뿐임이 증명된 다수의 유망한 사건 초과가 있었다. 그러나,^[97] 2011년 5월경부터, 두 실험 모두 그 결과들 중에서, 감마선과 4-립톤 붕괴 시그니처들의 작지만 일관된 초과의 느린 출현과 몇 개의 다른 입자 해독을 보았으며, 모두 125 GeV 주위의 질량에서 새로운 입자를 암시했다.^[97] 2011년 11월경, 125 GeV의 변칙적인 데이터는 "너무 커서 무시할 수 없다" (아직 단정과는 거리가 멀지만), ATLAS와 CMS의 팀 리더들은 각각 개인적으로 힉스를 발견했을지도 모른다고 의심했다.^[97] 2011년 11월 28일, CERN의 두 팀장과 국장과의 내부 회의에서, ATLAS와 CMS 모두 125 GeV에서 가능한 공유 결과에 수렴하고 있으며, 성공적인 발견을 위한 초기 준비가 시작되었다.^[97] 이 정보는 당시에는 공개적으로 알려지지 않았지만, 가능한 힉스 범위가 약 115–130 GeV로 좁혀지고, 124-126 GeV 지역의 ATLAS와 CMS에서 여러 채널에 걸쳐 작지만 일관된 이벤트 초과에 대한 반복적인 관찰(약 2-3 시그마(tantalizing intentiment)로 설명됨)은 "a"의 공공 지식이었다. 많은 관심"이라고 말했다.^[98] 따라서 LHC가 2012년 충돌 데이터(8TeV 충돌 에너지가 약간 높은)를 검사한 2012년 말까지 힉스 보손의 발견을 배제하거나 확인할 수 있는 충분한 데이터를 제공할 것이라는 것이 2011년 말 경에 널리 예상되었다.^[98][99]

CERN에서 후보 보손 발견

파인만 다이어그램은 LHC에서 ATLAS와 CMS가 관측한 저질량(~125GeV) 힉스 보손 후보자와 관련된 가장 깨끗한 채널을 보여준다. 이 질량에서 지배적인 생산 메커니즘은 각 양성자 퓨즈에서 Top-quark Loop까지 두 개의 글루온을 포함하는데, 힉스 보슨을 생산하기 위해 힉스 분야와 강하게 결합한다. 왼쪽: Diphoton 채널: 이후 보슨은 W 보손 루프 또는 상단 쿼크 루프와 가상 상호작용을 통해 두 개의 감마선 광자로 분해된다. 오른쪽: 4 렙톤 "황금 채널": 보손은 각각 두 개의 렙톤(전자, 뮤온)으로 부패하는 두 개의 Z보손(Z보손은 각각 두 개의 렙톤(전자, 뮤온)으로 붕괴한다. 이들 채널에 대한 실험 분석은 두 실험에서 모두 5개 이상의 표준 편차(시그마)에 도달했다.[100][101][102]

6월 22일 2012년에 CERN았고 직후(17월 2012년부터, 확대되고 있는 루머의 사회적 media[105]에 대한 분석에 따르면)풍문은 미디어에서는 이 문제가 큰 발표가 포함되어 번지기 시작하지만 이것은 강해질 것인지 불분명했다 2012,[103][104]에 대한 다가오는 세미나 잠정 결과를 발표했다.어 또는 공식적인 ^[106][107]발견 보도가 피터가 힉스는 입자를 제의했지만 seminar,[108][109]에 참석할 것이었으며, 그"5주요 물리학자들"– 일반적으로 1964년 작가 힉스, 엥글러트, Guralnik, 하겐 참가와 Kibble과 그의 invitati을 확인하는 것 – 5생활을 의미하는 것으로 추정되는 초청을 받았다며 부상이"과열된"피치까지 올라갔다.Brout(에 2011년 사망하였다.^[110]

2012년 7월 4일 두 CERN 실험 모두 동일한 발견을 독립적으로 발표하였다.^[111] 질량 125.3 ± 0.6 GeV/c인^2[112][113] 이전에 알려지지 않았던 보손의 CMS와 질량 126.0 ± 0.6 GeV²/^[114][115]c인 보손의 ATLAS. 두 가지 상호작용 유형('채널'로 알려진)의 결합된 분석을 사용하여, 두 실험 모두 독립적으로 5 시그마라는 국부적 유의성에 도달했으며, 이는 적어도 우연에 의한 결과만큼 강한 결과를 얻을 확률은 300만분의 1 미만임을 의미한다. 추가 채널을 고려했을 때, CMS 중요도는 4.9 시그마로 감소되었다.^[113]

두 팀은 2011년 말이나 2012년 초부터 서로 '블라인드(blindblind)' 작업을 해왔는데,^[97] 이는 공통적인 발견이 입자의 진짜 검증이라는 추가적인 확실성을 제공하면서 서로의 결과를 논의하지 않았다는 것을 의미한다.^[86] 두 개의 분리된 팀과 실험에 의해 독립적으로 확인된 이 수준의 증거는 확인된 발견을 발표하는데 필요한 공식적인 수준의 증거에 부합한다.

7월 31일 2012년에는, 아틀라스의 공동 협력은" 새로운 입자의 관찰"에 0.4(통계량)±5.9시그마(1무작위 배경 효과에 의해 혼자 적어도 강력한 증거가 확보 588의 기회를 놓치)과 대량 126.0±0.4(sys)GeV/c2,에 중요성을 개선 제3채널, -LSB- 11에서 데이터를 포함한 추가 데이터 분석을 제시 하였다.5]와 CMS는 5-시그마와 질량 125.3 ± 0.4 (stat) ± 0.5 (sys) GeV/c로² 중요성을 개선했다.^[112]

가능한 힉스 입자로 시험한 새로운 입자

2012년 발견 이후, 125 GeV/c² 입자가 힉스 입자인지 여부는 여전히 확인되지 않았다. 한편 관측치는 관측된 입자가 표준 모델 힉스 보손이라는 것과 일관성을 유지했고, 입자가 최소한 예측 채널의 일부에 부패했다. 더욱이 관측 채널에 대한 생산률과 분기 비율은 실험 불확실성 내에서 표준 모델에 의한 예측과 대체로 일치하였다. 그러나 현재 실험적인 불확실성은 대체적인 설명의 여지를 남겨두고 있는데, 이는 힉스 보손의 발견 발표가 시기상조였을 것이라는 것을 의미한다.^[116] 더 많은 데이터 수집 기회를 제공하기 위해, LHC가 제안한 2012년 셧다운과 2013-14년 업그레이드는 2013년 이후로 7주 연기되었다.^[117]

2012년 11월, 교토에서 열린 한 회의에서, 7월 이후 수집된 증거들이 그 이론의 예측과 일치하는 여러 상호작용에 대한 결과의 범위와 함께 대안보다 기본 표준 모델에 더 부합하고 있다고 말했다.^[118] 물리학자인 Matt Strassler는 "고려할 만한" 증거를 강조했는데, 이는 새로운 입자가 유사성(Higgs 보손에 대해 필요한 이 소견과 일치), "진화" 또는 비표준 모델 소견, W 및 Z 보손과의 예상 표준 모델 상호작용, 복근에 대한 이전의 힌트에 대한 증가된 유의성 결여가 아니라는 것이다.초대칭에 대한 또는 초대칭에 대한 "중대한 새로운 시사점"을 의미하며, 일반적으로 표준 모델 힉스 보손에 기대되는 결과로부터 현재까지 유의한 편차가 없다.^[o] 그러나 표준 모델에 대한 일부 종류의 확장도 매우 유사한 결과를 보일 수 있다.^[120] 따라서 의견제출자들은 발견 후 오랜 시간이 경과한 후에도 여전히 이해되고 있는 다른 입자에 기초하여 발견되는 입자를 완전히 이해하려면 몇 년이 걸릴 수 있으며 수십 년이 걸릴 수 있다고 언급하였다.^[118][o]

이러한 발견은 2013년 1월 현재 과학자들은 125 GeV/c에² 이르는 미지의 질량 입자를 발견했으며, 실험 오류나 우연한 결과에 현혹되지 않았다고 확신하고 있다는 것을 의미한다. 그들은 또한, 초기 관찰로부터, 새로운 입자가 일종의 보손이라는 것을 확신했다. 2012년 7월 이후로 조사된 이 입자의 행동과 특성 또한 힉스 입자가 예상하는 행동과 상당히 가까운 것처럼 보였다. 그렇더라도, 힉스 보슨이나 다른 알려지지 않은 보슨일 수도 있었는데, 향후 실험에서는 힉스 보슨과 일치하지 않는 행동을 보일 수 있기 때문에, 2012년 12월 현재 CERN은 여전히 새로운 입자가 힉스 보슨과 "일치적"이라고만 명시했고,^[21][23] 과학자들은 아직 힉스 보슨이라고 긍정적으로 말하지 않았다.^[121] 그럼에도 불구하고 2012년 말 힉스 보슨이 한 해 동안 확인되었다고 광범위한 언론 보도가 (잘못)^[p] 발표되었다.

2013년 1월, CERN의 Rolf-Dieter Heuer 국장은 현재까지 데이터 분석에 기초하여, 2013년 중반에 답이 있을 수 있다고 언급했고,^[127] 2013년 2월에 Brookhaven 국립 연구소의 물리학 부위원장은 "정의적인" 답변은 충돌기의 2015년 재시동 후 "또 몇 년"이 필요할 수 있다고 말했다.^[128] 2013년 3월 초, CERN 연구 책임자인 세르히오 베르톨루치는 spin-0을 확인하는 것이 입자가 최소한 힉스 보손의 어떤 종류인지 판단하기 위한 주요 남은 요건이라고 말했다.^[129]

존재 및 현재 상태 확인

2013년 3월 14일 CERN은 다음을 확인하였다.

CMS와 ATLAS는 이 입자의 스핀 패리티에 대한 여러 가지 옵션을 비교했으며, 이들 모두는 스핀과 짝수 패리티를 선호하지 않는다[표준 모델과 일치하는 힉스 보슨의 두 가지 기본 기준]. 이것은 새로운 입자와 다른 입자의 측정된 상호작용과 결합하여 힉스 입자임을 강하게 나타낸다.^[6]

이것은 또한 이 입자를 자연에서 발견된 최초의 초기 스칼라 입자로 만든다.^[24]

발견된 입자가 힉스 입자인지 확인하는 데 사용되는 테스트의 예는 다음과 같다.^[o][130]

요구 사항	테스트 방법/설명	현황(2017년[update] 7월 기준)
제로 스핀	붕괴 패턴 검사. 스핀-1은 최초 발견 당시 관찰된 두 광자( decay子)의 붕괴에 의해 배제되어 스핀-0과 스핀-2가 남은 후보군으로 남게 되었다.	스핀-0 확인.[7][6][131][132] 스핀-2 가설은 신뢰도가 99.9%[132]를 초과하는 상태에서 제외된다.
짝수(양수) 패리티	부패한 제품들이 흩어지는 각도를 연구한다. 스핀 0이 확인되면 마이너스 패리티도 불협화음을 냈다.[133]	동등성마저 잠정적으로 확인되었다.[6][131][132] 스핀-0 음의 패리티 가설은 신뢰 수준이 99.9%[131][7]를 초과하는 상태에서 제외된다.
붕괴 채널(입자 붕괴의 결과)은 예측한 바와 같다.	표준 모델은 125 GeV 힉스 보손의 붕괴 패턴을 예측한다. 이 모든 것이 제대로 보여지고 있는가? 특히, 가능한 결과 중 광자 쌍( (), W 및 Z 보손 쌍(WW 및 ZZ), 하단 쿼크(bb), 타우 렙톤 쌍( into)으로 해독을 관찰해야 한다.	bb, γ, τ, WW, ZZ 등이 관측했다. 관측된 모든 신호 강도는 표준 모델 예측과 일치한다.[134][1]
질량 결합(즉 질량에 비례하는 표준 모델 입자와의 상호작용 강도)	입자물리학자 아담 팔코우스키는 힉스 보손의 본질적인 특성은 질량(W와 Z 보손)과 결합하는 스핀-0(스칼라) 입자인데, 스핀-0만으로는 불충분하다고 말한다.[130]	질량을 강력하게 입증하는 커플링("95% 신뢰 수준 c는V 표준 모델 값 cV=1"[130]의 15% 이내임)
높은 에너지 결과가 일관성을 유지함	2015년 LHC가 13TeV의 높은 에너지로 재시동한 후 복수의 힉스 입자를 검색(일부 이론에서 예측한 바와 같이)하고 다른 버전의 입자 이론을 대상으로 한 테스트가 계속되었다. 이러한 높은 에너지 결과는 힉스 이론과 일치하는 결과를 계속 제공해야 한다.	2017년 7월까지의 충돌 분석은 낮은 에너지에서의 결과보다 더 나은 실험 정밀도를 가지고 표준 모델과의 편차를 보여주지 않는다.[1]

2013년 이후 조사 결과

2017년 7월 CERN은 모든 측정이 여전히 표준모델의 예측에 부합한다는 것을 확인하고, 발견된 입자를 단순히 "힉스 입자"라고 불렀다.^[1] 대하드론 충돌기는 2019년을 기점으로 힉스 분야와 입자에 대한 2013년 이해를 확인할 수 있는 연구결과를 지속적으로 내놓고 있다.^[135][136]

2015년 재가동 이후 LHC가 실시한 실험에는 힉스 분야와 보손 분야를 보다 세부적으로 조사해 덜 일반적인 예측이 맞았는지 확인하는 내용이 포함됐다. 특히 2015년 이후 탐사는 짧은 수명 및 기타 희귀한 데케이를 이해하는 데 있어 "중요한 이정표"로 묘사되는 바텀 쿼크 쌍(3.6㎛)과 같은 페르미온에 직접 붕괴가 예상된다는 강력한 증거를 제공했으며 타우 렙톤 쌍(5.9㎛)으로 붕괴를 확인했다. 이는 CERN에 의해 "힉스 보손과 힉스 보손의 결합을 확립하는 데 가장 중요한 것으로 설명되었으며, 자연에서 심오한 미스테리인 전자와 쿼크의 매우 무거운 사본인 3세대 페르미온에 그것의 결합을 측정하는 중요한 단계를 나타낸다."^[1] 2018년 3월 19일 현재 ATLAS 13 TeV에서 발표된 결과, CMS는 각각 124.98±0.28 GeV와 125.26±0.21 GeV로 힉스 질량을 측정했다.

2018년 7월, ATLAS와 CMS 실험은 힉스 보슨이 한 쌍의 바닥 쿼크로 붕괴하는 것을 관찰했다고 보고했는데, 이는 전체 디케이의 약 60%를 차지한다.^{[137][138][139]}

이론적 이슈

힉스입자에 대한 이론적 필요성

게이지 invariance는 표준 모델과 같은 현대 입자 이론의 중요한 속성인데, 부분적으로는 전자성과 강한 상호작용(양적 색역학)과 같은 기초 물리학의 다른 분야에서 성공했기 때문이다. 그러나 1961년 쉘든 L. 글래쇼가 전기약 통일 모델을 확장하기 전에는 약한 핵력을 위한 게이지 이론이나 가능한 통일 전기약 교호작용에 대한 게이지 이론을 개발하는 데 큰 어려움이 있었다. 질량 조건이 있는 페르미온은 게이지 대칭을 위반할 수 있으므로 게이지 불변성이 될 수 없다. (이는 Dirac Lagrangian에서 페르미온을 왼손 및 오른손 구성 요소로 검사하여 볼 수 있다. 스핀 하프 입자 중 질량에 필요한 나선성을 플립할 수 없으므로 질량이 없어야 한다.)^[q] W 보손과 Z 보손은 질량이 있는 것으로 관찰되지만 보손 질량 용어는 게이지 선택에 따라 분명히 달라지는 항을 포함하고 있으므로 이러한 질량도 게이지 불변성이 될 수 없다. 따라서 표준 모델 페르미온이나 보손 중 게이지 불변성을 포기하는 것 외에는 질량을 내장 속성으로 "시작"할 수 없는 것 같다. 게이지 불변성이 유지되어야 하는 경우, 이 입자들은 다른 메커니즘이나 상호작용에 의해 질량을 획득해야 했다. 또한, 이 입자들에게 질량을 주는 것이 무엇이든 간에, 질량이 잘 작용하는 이론의 다른 부분에 대한 기초로서 게이지의 불변성을 "파쇄"하지 않아야 했고, 실제로 존재하지 않는 것처럼 보이는 예기치 않은 질량 없는 입자나 장거리 힘(즉 골드스톤의 정리의 필연적인 결과)을 요구하거나 예측하지 말아야 했다. 자연의

이런 중복되는 모든 문제의 해결책은 이전에 확연히 눈에 띄는 이것도 저것도 아닌 경우 골드 스톤의 theorem,[k]에 대한 대칭 게이지 불변성을 방해하고 새로운 질량 입자들이나 힘 없이 고장 난 것은 특정 조건에 맞춰서 이론적으로 가능할지에 대한 수학에 숨겨진 이번 발견에서, 그리고 왔다. hav수학적으로 "수치" 결과를 도출한다. 이것은 힉스 메커니즘으로 알려지게 되었다.

Standard Model은 힉스 필드(기호: 힉스 필드(기호: $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \phi$} $$)라고 불리는 이 필드, 즉, 0이 아닌 진공 기대값의 특이한 속성을 갖는다. '센트레'에 가장 낮은 '포인트'가 없는 특이한 '멕시코 모자' 모양의 잠재력 때문에 이런 효과를 볼 수 있다. 간단히 말해서, 다른 알려진 모든 분야와 달리 힉스 분야는 0보다 0이 아닌 값을 가지기 위해 에너지를 덜 필요로 하기 때문에 결국 어디에나 0이 아닌 값을 갖게 된다. 어떤 극히 높은 에너지 수준 아래에서 이 0이 아닌 진공 기대치의 존재는 자연적으로 전기 힉스 메커니즘을 발생시키고 그 입자에 의한 질량 획득을 촉발하는 전기 위크 게이지 대칭을 파괴한다. 이러한 효과는 힉스 영역의 스칼라장 성분은 자유도로서 거대 보손에 의해 "흡수되고" 유카와 커플링을 통해 페르미온과 결합되어 예상 질량 조건을 생성하기 때문에 발생한다. 이러한 조건에서 대칭성이 깨지면, 발생되는 골드스톤 보손은 질량이 없는 새로운 입자가 되는 대신 힉스장(그리고 힉스장과 상호작용할 수 있는 다른 입자)과 상호작용한다. 두 기초 이론의 난해한 문제들은 서로 "중립화"하며, 나머지 결과는 기초 입자들이 힉스 분야와 얼마나 강하게 상호작용하는가에 기초하여 일관된 질량을 획득한다는 것이다. 그것은 게이지 이론과 호환되는 동시에 게이지 보손에 질량을 줄 수 있는 것으로 알려진 가장 간단한 과정이다.^[140] 힉스 보손이라고 알려진 스칼라 보손일 것이다.^[141]

대체 모델

위에서 설명한 최소 표준 모델은 힉스 필드가 하나만 있는 힉스 메커니즘에 대해 알려진 가장 단순한 모델이다. 단, 힉스 입자 더블트나 트리플트 등이 추가된 확장 힉스 섹터도 가능하며, 스탠더드 모델의 많은 확장에도 이 기능이 있다. 이론적으로 선호되는 최소 힉스 섹터는 스칼라 입자의 5중주(CP-짝수 힉스 bosons h와 H⁰, CP-od⁰ 중립 힉스 boson A⁰, 충전 힉스 입자 H^±)의 존재를 예측하는 2-히그-더블트 모델(2HDM)이다. 초대칭("SUSY")은 또한 힉스-보손 질량과 게이지 보손의 질량 사이의 관계를 예측하며 125 GeV/c² 중성 힉스 보슨을 수용할 수 있다.

이러한 서로 다른 모델을 구별하기 위한 핵심 방법은 입자의 상호작용("커플링")과 정확한 붕괴 과정("분지 비율")에 대한 연구를 포함하며, 입자 충돌에서 실험적으로 측정하고 시험할 수 있다. Type-I 2HDM 모델에서 한 힉스는 위아래 쿼크로 쌍을 이루며, 두 번째 힉스는 쿼크와 커플링을 하지 않는다. 이 모델은 가장 가벼운 힉스가 단지 페르미온("거우-공포증")이나 단지 게이지 보손("거우-공포증")에 결합하는 두 가지 흥미로운 한계를 가지고 있지만 둘 다 그렇지는 않다. Type-II 2HDM 모델에서는 ^[142]힉스 1개는 업타입 쿼크에 커플링만, 다른 힉스 1개는 다운타입 쿼크에 커플링만 두 배로 한다. 고도로 조사된 초대칭 최소표준모델(MSSM)은 Type-II 2HDM 힉스 섹터를 포함하고 있으므로, Type-I 2HDM 힉스의 증거에 의해 반증될 수 있다.^{[citation needed]}

다른 모델에서 힉스 스칼라는 복합 입자다. 예를 들어, 테크니컬러에서 힉스 필드의 역할은 테크니컬어크라고 불리는 강하게 결합된 페르미온 쌍에 의해 이루어진다. 다른 모델에는 상단 쿼크 쌍이 있다(상단 쿼크 응축수 참조). 아직 다른 모델에서는 힉스 필드가 전혀 없으며 추가 치수를 사용하여 전기약 대칭이 깨진다.^[143][144]

추가적인 이론적 문제 및 계층 문제

표준 모델은 힉스 보손의 질량을 계산할 값이 아니라 측정할 파라미터로 남겨둔다. 이는 이론적으로 만족스럽지 못한 것으로 보여지는데, 특히 양자 수정(가상 입자와의 상호작용과 관련)은 힉스 입자의 질량이 관측된 질량보다 엄청나게 높아야 하지만, 동시에 표준 모델은 단위성을 보장하기 위해 100 - 1000 GeV의 질량을 요구한다(이 경우, 종방향 벡터 보손 산란을 단위화한다).^[145] 이러한 점을 조정하기 위해서는 왜 125 GeV의 가시 질량을 초래하는 거의 완벽한 취소가 있는지 설명해야 할 것으로 보이며, 어떻게 해야 하는지는 명확하지 않다. 왜냐하면 약한 힘이 약 1032년번 중력보다, 힉스 입자의 질량(이 연관되어)이 너무 많이 플랑크 질량이나 대통일 에너지보다 적다 더 강하다면 그것은 그곳이 아닌 그 표준 모델에 의해, 또는 알 수가 없으나 설명한 알려지지 않았다 이 관찰을 어떤 기본적인 연결 또는 이유 있는 것 같다. a매개변수의 극히 정밀한 정밀 분석 - 그러나 현재 이 두 설명은 모두 입증되지 않았다. 이것은 계층 문제로 알려져 있다.^[146] 보다 넓게 보면, 계층 문제는 미래의 기본 입자 및 상호작용 이론이 과도한 미세 조정이나 지나치게 섬세한 취소를 가져서는 안 되며, 힉스 보손과 같은 입자 덩어리를 계산할 수 있어야 한다는 우려에 해당한다. 문제는 스핀-0 입자(Higgs boson 등)에만 있는 독특한 방식으로, 스핀이 있는 입자에 영향을 미치지 않는 양자 보정과 관련된 문제를 야기할 수 있다.^[145] 브레인월드 모델과 같은 추가 차원을 통한 초대칭, 정합성 솔루션 및 솔루션을 포함한 많은 솔루션이 제안되었다.

양자 사소한 문제도 있는데, 이는 기본적인 스칼라 입자를 포함하는 일관된 양자장 이론을 만드는 것이 불가능할 수 있음을 시사한다.^[147] 그러나 양자 사소한 것을 피한다면 사소한 제약은 힉스 보손 질량에 한계를 둘 수 있다.

특성.

힉스 필드의 속성

표준 모델에서 힉스 필드는 스칼라 타키오닉 필드 - 로렌츠 변환 하에서 변환되지 않는다는 뜻의 스칼라, 그리고 (입자는 아니지만) 필드에는 가상의 질량이 있다는 뜻의 타키오닉 필드로서, 특정 구성에서는 대칭이 깨져야 한다. 다음 4가지 구성 요소로 구성된다. 두 개의 중립적인 부분과 두 개의 충전된 구성 요소 필드. 충전된 구성 요소와 중성 장 중 하나는 모두 골드스톤 보손이며, 이 보손은 거대한⁺⁻ W, W, Z 보손의 종적 제3극화 구성 요소로 작용한다. 나머지 중립 성분의 양자(퀀텀)는 거대한 힉스 보손에 해당한다(이론적으로 실현된다).^[148] 이 성분은 유카와 커플링을 통해 페르미온과 상호작용하여 질량도 부여할 수 있다.

수학적으로 힉스 필드는 상상의 질량을 가지고 있으며 따라서 타키오닉 필드가 된다.^[149] 타키온(빛보다 빠르게 움직이는 입자)은 순전히 가상의 개념이지만, 상상의 질량을 가진 분야는 현대 물리학에 중요한 역할을 하게 되었다.^[150][151] 어떤 상황에서도 그러한 이론에서 어떤 배설물도 빛보다 빨리 전파되지 않는다 – 빈맥 질량의 유무에 따라 신호의 최대 속도에 전혀 영향을 미치지 않는다(인과성의 위반은 없다).^[152] 가벼운 입자보다 빠른 대신, 상상의 질량은 불안정을 일으킨다. 하나 이상의 필드 노출이 빈맥인 모든 구성은 자연적으로 붕괴해야 하며, 그 결과 구성에는 물리적 빈맥이 포함되지 않는다. 이 과정은 타키온 응축이라고 알려져 있으며, 현재 힉스 메커니즘 자체가 자연에서 어떻게 발생하며, 따라서 전기약 대칭이 깨지는 이유에 대한 설명으로 여겨지고 있다.

비록 상상의 질량이라는 개념이 문제가 되는 것처럼 보일 수 있지만, 그것은 질량 자체가 아니라 분야일 뿐이다. 따라서 우주와 같이 분리된 지점에 있는 현장 운영자들은 여전히 통근하며(또는 항공명), 정보와 입자는 여전히 빛보다 더 빨리 전파되지 않는다.^[153] 타키온 응축은 국부적 한계에 도달한 물리적 시스템을 순진하게 물리적 타키온이 존재하지 않는 안정된 상태로 대체한다. 일단 힉스장과 같은 빈맥장이 전위의 최소치에 도달하면, 그 퀀타는 더 이상 타키온이 아니라 힉스 보손과 같은 평범한 입자가 된다.^[154]

힉스 보손의 특성

이 섹션은 갱신되어야 한다. 주어진 이유는 다음과 같다: 힉스 입자가 이제 경험적으로 확인되었으므로, 그 관측 전에 예측할 수 있는 것에 대한 것임을 분명히 하기 위해 질량에 관한 단락을 다시 고쳐야 한다. 최근 이벤트 또는 새로 사용 가능한 정보를 반영하도록 이 문서를 업데이트하십시오. (2018년 7월)

힉스 필드는 스칼라이기 때문에 힉스 보손은 스핀이 없다. 힉스 보손은 또한 자체 항정신병 물질이며 CP-짝수이며 전기와 색전하가 전혀 없다.^[155]

표준 모델은 힉스 보손의 질량을 예측하지 않는다.^[156] 만약 이 질량이 115 - 180 GeV/c² (125 GeV²/c의 경험적 관찰과 일치) 사이라면, 표준 모델은 플랑크 규모(10¹⁹ GeV)까지 에너지 척도에서 유효할 수 있다.^[157] 많은 이론가들은 표준모델의 불만족스러운 특성에 기초하여 표준모델을 넘어선 새로운 물리학이 TeV-scale에서 등장할 것으로 예상한다.^[158] 힉스 보손(또는 다른 전기약 대칭 파괴 장치)에 허용되는 가장 높은 질량 척도는 1.4이다. TeV. 이 지점 이후 표준 모델은 특정 산란 프로세스에서 단위성을 위반하기 때문에 그러한 메커니즘이 없으면 일관성이 없다.^[159]

힉스 보손의 질량을 간접적으로 추정하는 것도 실험적으로 어렵지만 가능하다. 표준 모델에서 힉스 보손은 많은 간접 효과를 가지고 있다. 가장 주목할 만한 것은 힉스 루프는 W와 Z 보손의 질량을 아주 작게 보정한다. W 및 Z 보손의 페르미 상수 및 질량과 같은 전기취약 매개변수의 정밀 측정은 힉스 질량의 제약조건을 계산하는 데 사용할 수 있다. 2011년 7월 현재 정밀 전기약 측정 결과 힉스 보손의 질량은 95% 신뢰 수준에서 약 161 GeV/c² 미만이 될 가능성이 있음을 알 수 있다.^[r] 이러한 간접적인 제약조건은 표준모형이 올바르다는 가정에 의존한다. 표준 모델이 수용하는 힉스 입자를 초과하는 다른 입자를 동반하는 경우, 이러한 질량 위에 있는 힉스 입자를 발견하는 것은 여전히 가능할 수 있다.^[161]

생산

힉스 생산용 파인만 도표

글루온 핵융합	힉스 스트라흘룽
벡터 보손 융해	탑퓨전

만약 힉스 입자 이론이 유효하다면, 힉스 입자는 입자 충돌기에서 연구되는 다른 입자와 마찬가지로 생성될 수 있다. 여기에는 다수의 입자를 극도로 높은 에너지로 가속시키고 빛의 속도에 매우 근접하게 한 다음 함께 박살내도록 하는 것이 포함된다. 양성자와 납 이온(납 원자의 맨 핵)은 LHC에서 사용된다. 이러한 충돌의 극한 에너지에서, 원하는 난해한 입자들이 가끔 생성될 것이고 이것은 감지되고 연구될 수 있다; 이론적 기대와의 어떤 부재나 차이도 이론을 개선하는 데 사용될 수 있다. 관련 입자 이론(이 경우 표준 모델)에 따라 필요한 종류의 충돌 및 검출기가 결정된다. Standard Model은 모든 충돌에서 힉스 보슨이 생성될 확률은 항상 매우 작을 것으로 예상되지만,^{[84][162][163]} 예를 들어, 대형 하드론 충돌기에서 100억 번의 충돌당 하나의 힉스 보슨만 생성될 수 있지만, 힉스탠다드 모델은 힉스 보슨이 여러 가지 방법으로 형성될 수 있다고 예측한다.^[m] 힉스 보손 생산에서 가장 일반적으로 예상되는 공정은 다음과 같다.

글루온 핵융합

충돌한 입자가 LHC와 Tevatron에서와 같이 양성자나 대척탄과 같은 하이드론인 경우 하드론을 결합하는 글루온 중 두 개가 충돌할 가능성이 가장 높다. 힉스 입자를 생산하는 가장 쉬운 방법은 두 글루온이 결합하여 가상 쿼크의 루프를 형성하는 것이다. 힉스 보손에 대한 입자의 결합은 그 질량에 비례하기 때문에, 이 과정은 무거운 입자에 더 적합하다. 실제로 가상의 상위 쿼크와 하위 쿼크(가장 무거운 쿼크)의 기여도를 고려해도 충분하다. 이 과정은 LHC와 Tevatron이 다른 어떤 과정보다 약 10배 더 가능성이 높은 지배적인 공헌이다.^[84][162]

힉스 스트라흘룽

만약 기초 페르미온이 항페르미온(예: 항쿼크를 가진 쿼크 또는 양전자를 가진 전자)과 충돌한다면, 이 둘은 합쳐져서 가상의 W 또는 Z 보슨을 형성할 수 있고, 만약 그것이 충분한 에너지를 운반한다면, 힉스 보슨을 방출할 수 있다. 이 과정은 LEP에서 전자와 양전자가 충돌하여 가상 Z보손(Virtual Z Boson)을 형성하는 지배적인 생산모드였으며, 테바트론에서 힉스 생산에 두 번째로 큰 기여를 하였다. LHC에서는 이 과정이 세 번째로 큰데, 이는 LHC가 양성자와 양자를 충돌시켜 쿼크-항성 충돌 가능성이 테바트론보다 낮기 때문이다. 힉스 스트라흘룽은 관련 생산으로도 알려져 있다.^{[84][162][163]}

약한 보손 융해

두 개의 (반)페르미온이 충돌할 때 또 다른 가능성은 힉스 보슨을 방출하는 가상 W나 Z보손을 교환하는 것이다. 충돌 페미온들은 같은 타입일 필요는 없다. 따라서 예를 들어, 업 쿼크는 Z 보손과 다운 방지 쿼크를 교환할 수 있다. 이 과정은 LHC와 LEP에서 힉스 입자 생산을 위해 두 번째로 중요하다.^[84][163]

탑퓨전

일반적으로 고려되는 최종 공정은 가능성이 훨씬 낮다. 이 과정은 두 개의 충돌 글루온을 포함하는데, 글루온은 각각 무거운 쿼크-앤티쿼크 쌍으로 부패한다. 각 쌍의 쿼크와 골동품은 결합하여 힉스 입자를 형성할 수 있다.^[84][162]

썩다

양자역학은 입자가 일련의 가벼운 입자로 부패하는 것이 가능하다면, 결국 그렇게 될 것이라고 예측한다.^[164] 이것은 힉스 보손에게도 해당된다. 이러한 현상이 발생할 가능성은 질량의 차이, 상호작용의 강도 등을 포함한 다양한 요인에 따라 달라진다. 힉스 보손 자체의 질량을 제외한 대부분의 요인은 표준 모델에 의해 고정된다. 질량이 125 GeV/c인² 힉스 보손의 경우 SM은 평균 수명을 약 1.6×10초로⁻²² 예측한다.^[b]

그것은 SM의 모든 거대한 초기 입자와 상호작용하기 때문에, 힉스 보손은 그것이 붕괴할 수 있는 많은 다른 과정들을 가지고 있다. 이러한 가능한 각 공정은 분기 비율로 표현되는 고유한 확률을 가지고 있다. 즉, 총 수 중 분수는 그 과정을 따른다. SM은 이러한 분기 비율을 힉스 질량의 함수로 예측한다(그림 참조).

힉스가 붕괴할 수 있는 한 가지 방법은 페르미온-항암페어 쌍으로 갈라지는 것이다. 일반적으로, 힉스는 가벼운 페르미온보다 무거운 페르미온으로 썩기 쉽다. 왜냐하면 페르미온의 질량은 힉스와의 상호작용의 강도에 비례하기 때문이다.^[116] 이 논리에 의해 가장 일반적인 붕괴는 상단-항트 쿼크 쌍으로 이루어져야 한다. 그러나 이러한 붕괴는 힉스가 상단 쿼크 질량의 2배인 ~346 GeV/c보다² 무거워야 가능할 것이다. SM은 125 GeV/c의² 힉스 질량의 경우 가장 일반적인 붕괴는 하단-안티보텀 쿼크 쌍으로, 시간의 57.7%가 발생한다고 예측한다.^[3] 이 질량에서 두 번째로 흔한 페르미온 붕괴는 타우-앤티타우 쌍으로, 이 쌍은 약 6.3%의 시간 동안만 발생한다.^[3]

또 다른 가능성은 힉스가 거대한 게이지 보손 한 쌍으로 쪼개지는 것이다. 가장 가능성이 높은 것은 힉스가 한 쌍의 W 보손(플롯의 옅은 청색 선)으로 부패하는 것인데, 이는 질량이 125 GeV/c인² 힉스 보손의 시간의 약 21.5%에 해당한다.^[3] W 보손은 그 후에 쿼크와 골동품 혹은 충전된 렙톤과 중성미자로 썩을 수 있다. 쿼크에 들어가는 W보손의 해독은 배경과 구별이 어렵고, 렙톤으로 된 해독은 완전히 재구성할 수 없다(미립자 충돌 실험에서 중성미자는 검출이 불가능하기 때문이다). 청정 신호는 Z-보손 한 쌍(중량 125GeV/c²)으로 분해되어 각 보손들이 후속적으로 검출하기 쉬운 충전 렙톤 한 쌍(전자 또는 뮤온)으로 분해되는 경우,^[3] 부패하여 주어진다.

질량이 없는 게이지 보손(즉, 글루온 또는 광자)으로 분해하는 것도 가능하지만, 가상 헤비 쿼크(상단 또는 하단) 또는 대규모 게이지 보손의 중간 루프가 필요하다.^[116] 가장 흔한 과정은 가상의 무거운 쿼크의 고리를 통해 한 쌍의 글루온으로 부패하는 것이다. 위에서 언급한 글루온 융접 과정의 역행인 이 과정은 질량이 125 GeV/c인² 힉스 보손에 대해 약 8.6%의 시간이 발생한다.^[3] 훨씬 희귀한 것은 한 쌍의 광자가 W 보손이나 무거운 쿼크의 고리에 의해 매개되는 붕괴인데, 이 광자는 수천 디케이마다 두 번밖에 발생하지 않는다.^[3] 그러나 광자의 에너지와 운동량을 매우 정밀하게 측정할 수 있기 때문에 이 과정은 힉스 보손의 실험적인 검색에 매우 적절하다.^[116]

공개토론

이름 지정

물리학자들이 사용하는 이름

입자와 장과 가장 강하게 연관된 이름은 힉스 보손과^{[82]: 168} 힉스 장이다. 한동안 이 입자는 PRL 작성자 이름(때로는 앤더슨 포함), 예를 들어 Brout-Englert-Higgs 입자, Anderson-Higgs 입자 또는 Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble 메커니즘의 조합에 의해 알려졌으며,^[s] 이러한 입자는 여전히 때때로 사용된다.^[53][166] 인정과 잠재적 공유 노벨상 문제로 부분적으로 고무된,^[166][167] 가장 적절한 이름은 2013년까지 여전히 가끔 논쟁의 주제였다.^[166] 힉스 자신은 이 입자를 관련된 모든 사람들의 약칭으로 부르거나, 또는 "스칼라 보손" 또는 " 소위 "힉스 입자"^[167]로 부르기를 선호한다.

힉스의 이름이 어떻게 독점적으로 쓰이게 되었는지에 대해서는 상당한 액수가 쓰여져 있다. 두 가지 주요 설명이 제공된다. 첫 번째는 힉스가 공식적으로 입자를 예측하고 검사하는 과정에서 그의 논문에서 독특하고, 명확하거나, 더 노골적인 단계를 수행했다는 것이다. PRL 논문의 저자들 중 오직 힉스의 논문만이 거대한 입자가 존재할 것이라는 예측으로 명시적으로 제시했고 그 특성 중 일부를 계산했다.^{[168][82]: 167} 따라서 네이처에 따르면 그는 "거대한 입자의 존재를 최초로 가정했다"고 한다.^[166] 물리학자이자 작가인 프랭크와 physicist-blogger 피터 Woit 둘 다 말 GHK에 의해 이 논문은 또한 Higgs 후 Brout–Englert 물리학 비평호 Letters,[169][82]들에게 제출되었다:남의 그 거대한 벡터 보손에 초점이 맞춰져는 힉스 혼자를 예측함으로써 거대한 스칼라 보손에 관심을 끌었 167개 완성되었다.[169][82]:154기는 166,175 이와 같이 힉스의 공헌은 또한 실험자들에게 이론을 실험하는데 필요한 결정적인 '구체적인 표적'을 제공했다.^[170]

이후 자신의 존재를 분명히 그들의 work,[57]에 있는 동안 Guralnik에 수학적 rigour 다른 두 논문에서 빠져 있는 전체를 좌우 대칭을 파괴 메커니즘과 막대한 입자의 GHK 논문은 완벽한 분석 하지만, 힉스의 보기에, Brout과 엥글러트 명시적으로:6보손 언급하지 않아 s내에 존재할 수 있ome solu과학사학자 데이비드 카이저에 따르면 힉스의 논문은 또한 도전과 그 해결책에 대한 "특히 날카로운" 진술을 제공했다.^{[83]: 9 [167]}

대체적인 설명은 그 이름이 편리한 속기로 사용되거나 인용의 실수 때문에 1970년대에 대중화되었다는 것이다. 많은 계정(힉스 자신의 계정^{[57]: 7} 포함)은 "하이그스" 이름을 물리학자인 벤자민 리에게 돌렸다.^[t] 이 교수는 초기에는 이 이론의 상당한 대중화자였으며, 1972년부터는 그 구성요소에 대한 "편안한 속기"로 "하이그스"라는 이름을 습관적으로 붙였고,^{[11][166][171][172][173]} 1966년부터는 적어도 하나의 예에서 "하이그스"라는 이름을 붙였다.^[174] 비록 이(힉스의 종이의 그의 중요한 1967년에 첫번째로 아마도 스티븐 웨인버그의 잘못된 인용하다. paper[82][175][174])주위 1975–1976 다른 사람들에 의해 이름 'Higgs의 전 남편을 많이 이용하기 시작했다는 것을 의미했어 그 용어의 사용"힉스, Kibble, Guralnik, 하겐, Brout, 엥글러트에 'Higgs'는 약어"[171]그의 각주에 밝혔다.clusively로 shorthand.^[u] 2012년, 기초 입자인 축(대안제안 '하이글렛'을 넘어 와인버그에 의해)의 이름을 붙인 것으로 인정받은 물리학자 프랭크 윌크제크는 "역사란 복잡하며, 그 선을 긋는 곳마다 바로 그 아래에 누군가가 있을 것"^[167]이라고 하면서 "하이그 보손"이라는 이름을 승인했다.

닉네임

힉스 보손은 과학계 밖의 대중 매체에서 흔히 "신의 입자"라고 불린다.^{[176][177][178][179][180]} 별명은 힉스 보손과 입자물리학에 관한 1993년 책 제목에서 따왔다. 만약 우주가 해답이라면, 질문은 무엇인가? 노벨 물리학상 수상자, 페르밀랍 감독 리언 레더만.^[17] 레더맨은 1983년^[181][v] 레더맨이 시작한 이래 1993년 폐쇄한 2×20TeV의 계획적인 충돌 에너지를 가진 거대 하드론 충돌기의 부분적인 타이타닉^[182][183] 경쟁자인 ^[181]초전도 슈퍼 충돌기에 대한 미국 정부의 지원이 실패한 상황에서 이 글을 썼다. 그 책은 부분적으로 자금 손실 가능성에 직면하여 그러한 프로젝트의 중요성과 필요성에 대한 인식을 증진시키기 위해 노력했다.^[186] 이 분야의 선도적인 연구원인 레더맨은 그의 책의 제목을 " 빌어먹을 입자"라고 짓고 싶다고 쓰고 있다. 만약 우주가 해답이라면, 질문은 무엇인가? 레더만의 편집자는 이 제목이 너무 논란의 여지가 많다고 판단했고, 이 제목을 "신의 입자"로 바꾸도록 설득했다. 만약 우주가 해답이라면, 질문은 무엇인가?^[187]

이번 학기의 미디어 이용 더 넓은 인식과 interest,[188] 많은 과학자들이기 때문에 선풍적인 과장과 오도하는 것이라고 독자들이 이름 inappropriate[11][12][189] 있게 느끼는지;[190]그 입자도 근본적인 물리학에서 열려 수많은 질문들 나뭇잎, 또는 궁극적인 설명되지 않는다는 아무 신과 연관이 있는 기여했다.Igin은 우주의. 무신론자인 힉스는 2008년 인터뷰에서 "오남용의 일종"이라며 "부끄러웠다"고 진술한 것으로 알려졌다. 어떤 사람들을 불쾌하게 할 수도 있다고 생각한다"^{[190][191][192]}고 말했다. 이 별명은 주류 언론에서도 풍자되어 왔다.^[193] 과학작가 이언 샘플은 2010년 저서 '탐색'에서 물리학자들이 별명을 '전반적으로 증오하는[d]'로, 물리학 역사에서 아마도 '최악의 조롱'이라고 하지만 (레더맨에 따르면) 출판사는 '하이그스'를 언급하는 모든 제목을 상상력이 부족하고 너무 알려지지 않은 것으로 거부했다고 밝혔다.^[194]

레더맨은 오랜 인간의 지식 탐색에 대한 복습으로 시작하며, 그의 힉스 필드가 빅뱅의 근본적인 대칭에 미치는 영향과, 현 우주를 형성하고 결과한 구조, 입자, 힘, 상호작용의 명백한 혼돈과 성경과의 유사성을 그렸다고 설명한다.초기 창세기 초기의 원시적인 단일한 언어가 많은 이질적인 언어와 문화로 세분화된 바벨의 cal 이야기.^[195]

오늘... 우리는 표준 모델을 가지고 있다. 그것은 모든 현실을 십여 개의 입자와 네 개의 힘으로 감소시킨다. 어렵게 얻은 단순함 [... 그리고...] 현저하게 정확한 것이다. 하지만 그것은 불완전하고, 사실, 내부적으로 일관성이 없다... 이 보손은 오늘날 물리학의 상태에 있어서 매우 중심적이며, 물질 구조에 대한 우리의 최종적인 이해에 매우 중요하지만, 너무 이해하기 어려운, 그래서 나는 신 입자라는 별명을 붙여주었다. 왜 신의 입자인가? 두 가지 이유. 첫째, 출판사는 우리가 그것을 " 빌어먹을 입자"라고 부르게 하지 않을 것이다. 비록 그것의 악랄한 성격과 그로 인해 야기되는 비용에 비추어 볼 때, 그것이 더 적절한 제목일 수도 있지만 말이다. 둘째, 다른 책과 연관성이 있고 오래된 책도 있고...

— 레더만 & 테레시 신의 입자: 만약 우주가 해답이라면, 질문은^{[17]: 22} 무엇인가?

레더맨은 힉스 보슨이 단지 우주에 대한 지식을 추구하는 사람들을 당황하게 하고 혼란스럽게 하기 위해 추가된 것인지, 물리학자들이 그 이야기에서 재검증된 것처럼 그것 때문에 혼란에 빠질 것인지, 아니면 궁극적으로는 도전을 극복하고 "하나님이 만드신 우주가 얼마나 아름다운가"를 이해할 것인지 묻는다.^[196]

기타 제안

2009년 영국 일간지 가디언의 이름 바꾸기 경쟁은 과학 통신원이 샴페인 병 보손이라는 이름을 최고의 제출물로 선택하게 했다: "샴페인 병의 바닥은 힉스 전위성의 모양이며 물리학 강의에서 삽화로 자주 사용된다. 그래서 그것은 창피할 정도로 거창한 이름이 아니며, 기억에 남으며, [그것은] 물리적인 연관성도 어느 정도 가지고 있다."^[197] 힉슨이라는 이름도 물리학 연구소의 온라인 출판물 physicsworld.com의 의견서에서 제안되었다.^[198]

교육적 설명 및 유사점

유사점과 설명이 힉스 입자가 있었습니다 상당한 대중적 논의와 어떻게장을 설명하기 위한 시도의 자체적의 커버리지 그리고 1993년에then-UK부 장관에 의해 과학 서 윌리엄 Waldegrave[201]이나 신문에서 기사들을 가장 인기 있는 설명이 대회 등 mass,[199][200]. 퍼져 있습니다.

LHC 물리학자와 CERN 교육자의 고등학교 교사들이 참여한 교육적 협력은 무지개와 분산 프리즘을 책임지는 빛의 분산은 힉스 영역의 대칭성 파괴와 대량 유발 효과에 유용한 비유라고 제안한다.^[202]

대칭파단 광학으로	진공에서 모든 색상(또는 모든 파장의 광자)의 빛은 대칭적인 상황인 동일한 속도로 이동한다. 유리, 물 또는 공기와 같은 일부 물질에서는 이 대칭이 깨진다( 참조: 물질의 광자 참조). 결과는 다른 파장의 빛은 다른 속도를 가지고 있다는 것이다.
대칭파단 입자물리학에서.	'동성' 게이지 이론에서 게이지 보손과 다른 기본 입자는 모두 질량이 없으며 대칭적인 상황도 있다. 힉스 필드가 있는 곳에서 이 대칭은 깨진다. 그 결과, 다른 종류의 입자들은 다른 질량을 가질 것이다.

Matt Strassler는 전기장을 비유로 사용한다.^[203]

어떤 입자들은 힉스 영역과 상호작용하지만 다른 입자들은 그렇지 않다. 힉스장을 느끼는 입자들은 질량이 있는 것처럼 작용한다. 전기장에서도 비슷한 일이 벌어지는데, 충전된 물체는 이리저리 당겨지고 중성 물체는 영향을 받지 않고 항해할 수 있다. 따라서 힉스 탐색은 힉스 필드에서 파도를 일으키려는 시도라고 생각할 수 있다. [힉스 보손 생성] 실제로 존재한다는 것을 증명하기 위한 시도라고 할 수 있다.

가디언도 이와 비슷한 설명을 내놓았다.^[204]

힉스 보손은 본질적으로 우주의 탄생과 오늘날까지 우주를 가로지른다고 하는 들판의 파편이다... 그러나 그 입자는 다음과 같이 중요하다. 그 이론이 옳다는 것을 보여주는 데 필요한 증거가 바로 스모킹건이다.

힉스 필드가 입자에 미치는 영향은 물리학자 데이비드 밀러에 의해 정당 노동자들이 가득 찬 방에 고르게 퍼져 있는 것과 유사하다고 알려져 있다. 군중들은 유명한 사람들에게 끌리고 느리게 하지만 다른 사람들을 느리게 하지는 않는다.^[w] 그는 또한 결정 격자가 있는 곳에서 전자의 유효 질량이 평소보다 훨씬 클 수 있는 고체 상태 물리학에서 잘 알려진 효과에 주목했다.^[205]

드래그 효과에 기반한 유사점들, "시럽"이나 "몰래시스"^[207]의 유사점을 포함한 유사점도 잘 알려져 있지만, 힉스 장은 단순히 어떤 입자의 움직임에 저항하지만 다른 입자는 저항하지 않는다는 것으로 이해될 수 있기 때문에(잘못 이해) 다소 오도될 수 있다 – 단순한 저항 효과는 뉴턴의 제3법칙과도 충돌할 수 있다.

인정 및 시상

2013년 말 힉스 보슨이 입증되고, 노벨상이 기대되었던 것으로 더욱 부각될 경우 어떻게 신용을 배분할 것인가에 대한 상당한 논의가 있었고, 고려 대상이 될 수 있는 사람들의 매우 넓은 근거도 있었다. 여기에는 힉스 메커니즘 이론을 가능케 한 다양한 이론가들, 1964년 PRL 논문의 이론가들(힉스 그 자신 포함), 이러한 작동하는 전기약자 이론과 표준 모델 그 자체에서 파생된 이론가들, 그리고 또한 CERN과 그 증거의 가능성을 가능하게 한 다른 기관의 실험가들도 포함된다. 현실에서 힉스 필드와 보손. 노벨상은 상을 나눠 받을 수 있는 3인의 한계가 있으며, 일부 수상자는 이미 다른 작품에 대한 상장이거나 사망한 경우(생전에 상을 받은 사람에게만 수여한다). 힉스 분야, 보손 또는 메커니즘과 관련된 작품에 대한 기존 상은 다음과 같다.

• 노벨 물리학상 (1979년) – 글래쇼, 살람, 와인버그, 기초 입자^[208] 간의 통일 약자 및 전자기 상호작용 이론에 기여한 공로
• 노벨 물리학상(1999) – 't Hooft and Veltman, 물리학에서^[209] 전기와크 상호작용의 양자 구조를 해명함
• J. J. 사쿠라이상 이론 입자물리학 (2010) – 하겐, 엥글러트, 구랄닉, 힉스, 브라우트, 키블(Kibble) 4차원 상대론적 게이지 이론에서 자발적 대칭이 깨지는 특성과 벡터 보손 질량의^[80] 일관된 생성을 위한 메커니즘의 해석에 대한 상
• Wolf Prize(2004) – Englert, Brout 및 Higgs
• Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics (2013) – Fabiola Gianotti and Peter Jenni, spokespersons of the ATLAS Collaboration and Michel Della Negra, Tejinder Singh Virdee, Guido Tonelli, and Joseph Incandela spokespersons, past and present, of the CMS collaboration, "For [their] leadership role in the scientific endeavour that led to the CERN의 "Large Hadron Collider"에서 ATLAS와 CMS 협업에 의한 새로운 힉스 입자 발견.^[210]
• 노벨 물리학상(2013년) – CERN의 Large Hadron Coll에서 ATLAS와 CMS 실험을 통해 예측된 기본 입자의 발견을 통해 최근에 확인된 아원자 입자의 질량의 원인에 대한 우리의 이해에 기여하는 메커니즘의 이론적 발견에 대한 Peter 힉스와 Franois Englert.이더^[211]

Englert의 공동 조사자인 Robert Brout은 2011년에 사망했고 노벨상은 보통 사후적으로 주어지지 않는다.^[212]

또한 물리적 검토 서신 50년 검토(2008)는 1964년 PRL 대칭성 파괴 논문과 와인버그의 1967년 논문 A 모델(2012년 현재 입자 물리학에서 가장 인용된 논문) "밀스톤 레터"^[77]를 인정했다.

이후 7월 2012년부터Higgs-like 입자의 관찰 몇가지 인도 언론 매체들은 신용의 추정 방치에 인도 물리학자 사티엔드라 보스에 1920년대 조각들의 수업"보손"은 named[213][214](비록 물리학자들 보잘 것 없는으로 발견으로 보스의 연결을 설명하였습니다)의 일로 발생했다고 보도했다.[215]

기술적 측면과 수학적 공식화

표준 모델에서 힉스 필드는 약한 이소스핀 SU(2) 대칭의 복잡한 더블트(boubt)를 형성하는 4성분 스칼라 필드다.

${\displaystyle \phi ={\frac {1}{\sqrt{2}}\좌우편}{c}\phi ^{1}+i\phi ^{2}\\\phi ^{0}+i\i ^{3}\end{array}\}\오른쪽)\,}},},},}$

장에 약한 초충전 U(1) 대칭 하의 전하 +1/2가 있는 동안.^[216]

참고: 이 글은 전기요금 Q, 약한 이소스핀, T₃, 약한 초충전 Y가_W Q = T₃ + Y에_W 의해 연관되는 스케일링 규약을 사용한다. 다른 대부분의 위키백과 기사에서 사용되는 다른 규약은 Q = T + 1₃/2Y이다_W.^{[217][218][219]}

라그랑기아의 힉스 부분은^[216]

${\displaystyle {\mathcal{L}_{\text{H}}=\왼쪽(\partial \partial _{\mu }-igW_{\mu \a}{1}{1}{1}{a}-i}\sigma ^{a}-i}-{{1}{{{{{}g'B_{\mu }\rig}\phi \riprig{{{{{{{{{{{{{{{{{}}}}}}}}}}\text}}}}}}}}}}}}\text}}}}}}H}}^{2}\phi ^{\doger }\phi -\lambda \left(\phi ^{\doger }\phi \right)^{2}\,}$

where ${\displaystyle W_{\mu \,a}}$ and ${\displaystyle B_{\mu }}$ are the gauge bosons of the SU(2) and U(1) symmetries, ${\displaystyle g}$ and ${\displaystyle g'}$ their respective coupling constants, ${\displaystyle \sigma ^{a}}$ are the Pauli matrices (a complete set generators of SU(2) 대칭$)$ 및 > ${\displaystyle \lambda >0}$ 및 > ${\displaystyle \mu _{\text${$H}}^{2}>0$ 그래서 접지 상태가 SU(2) 대칭을 깨트린다(그림 참조).

힉스 필드의 접지 상태(전위 하단)는 SU(2) 게이지 변환에 의해 서로 관련된 다른 접지 상태로 퇴보한다. 접지 상태 $\varphi {\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {1\mathrm{}}^{}}$= ${\displaystyle {\varphi \mathrm{}}^{}}$ 2${\displaystyle {}^{}}$= ${\displaystyle {}^{}}$ 3${\displaystyle {}^{}}$=$$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}^{}}$ = 0 {\$displaystyle \pi$ ^{$1}=\phi$^{$2}=\phi ^{$3}=$0}$과 같은 게이지를 항상 선택할 수 있다$.$ The expectation value of ${\displaystyle \phi ^{0}}$ in the ground state (the vacuum expectation value or VEV) is then ${\displaystyle \left\langle \phi ^{0}\right\rangle ={\tfrac {1}{\sqrt {2\,}}}v}$, where ${\displaystyle v={\tfrac {1}{\sqrt {\lambda \,}}}\lef$$t \mu _{\text{$$H}}\오른쪽$ $\}.$ 이 파라미터의 측정값은 ~246 GeV/c이다².^[116] 질량 단위를 가지며, 치수가 없는 숫자가 아닌 표준 모델의 유일한 자유 매개변수다. $W{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\mu }_{}}$ ${\$ 및 B$$ ${\displaystyle {\mu }_{}}$ ${\$의 2차 항이 발생하여$$ W 및 Z 보손에 질량을 부여한다.^[216]

${\displaystyle {\displaysty}m_{\text}W}}&={\tfrac{1}{1}{2}}v\왼쪽 \,\오른쪽 \\\m_{\text{Z}}&={\tfrac{1}{1}{{1}:{1}:{2}}:v{\sqrt{g^{2}+{g'^{2}\}\,\end{liged}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

Weinberg 각도를 결정하는 비율에 따라, $\cos$ $$ ${}_{}$= m $W\frac{{}_{}}{}$ $\frac{m_{}}{}$ $\frac{Z}{{}_{}}$= $\frac{g}{}$ $\frac{\sqrt{{g\mathrm{}}^{}}}{}$2 + $\frac{\sqrt{{{}^{}2}^{\mathrm{}}}}{}$ 2 $textstyle \cos \theta _{\text${\text$}$$W}}={\frac {m_{\text{$$W}}}{\ m_{\text{Z}}\ }}={\frac {\left \,g\,\right }{\ {\sqrt {g^{2}+{g'}^{2}\ }}\ }}}$, and leave a massless U(1) photon, ${\displaystyle \gamma }$. The mass of the Higgs boson itself is given by

${\displaystyle m_{\text{H}}}={\sqrt {2\mu_{\text{\text}H}}^{2}\}}\iquiv {\sqrt {2\lambda v^{2}\}}}.}$

쿼크와 렙톤은 유카와 상호작용 용어를 통해 힉스 필드와 상호작용을 한다.

${\displaystyle {\begin{aigned}{\mathcal {L}_{\text}{Y}}=&-\lambda _{u}^{i\,j}{\frac {\phi ^{0}-i\phi ^{3}\{\sqrt{2\}}{\coverline{u}}_{\text}L}}^{i}u_{\text{R}^{j}+\lambda _{u}^{i\,j}{\frac {\phi ^{1}-i\phi ^{2}\}{\sqrt{d}}}{\overline{d}_{\text}}L}}^{i}u_{\text{R}^{j}\\&-\lambda _{d}^{i\,j}{\frac {\phi ^{0}+i\phi ^{3}\}}{\sqrt{d}}}}{\coverline{d}_{\text}L}^{i}d_{\text{R}^{}-\lambda _{d}^{i\,j}{\frac {\phi ^{1}+i\pi ^{2}\}{\sqrt{2\}}{\coverline{u}}_{\text}{d}L}^{i}d_{\text{R}^{j}\\&-\lambda _{e}^{i\,j}{\frac {\phi ^{0}+i\phi ^{3}\}}{\sqrt{2\}{\coverline{e}_{\text}}L}}^{i}e_{\text{R}^{}^-\lambda _{e}^{i\,j}{\frac {\phi ^{1}+i\pi ^{2}\}{\sqrt{2\}{\nu}}}{\overline{\nu_}\text{\}L}}^{i}e_{\text{R}}^{j}+{\textrm{h.c.}}\ ,\end{aigned}}$

where ${\displaystyle (d,u,e,\nu )_{\text{L,R}}^{i}}$ are left-handed and right-handed quarks and leptons of the ith generation, ${\displaystyle \lambda _{\text{u,d,e}}^{i\,j}}$ are matrices of Yukawa couplings where h.c. denotes the hermitian conjugate of all the preceding terms. 대칭파단 접지 상태에서는 $\varphi {\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}^{}}$ ${\$을 포함하는 항만 남아$$ 페르미온의 질량 항이 발생한다. 쿼크와 렙톤 필드를 유카와 커플링의 매트릭스가 대각선인 기초로 돌리면, 그 중 하나가

${\displaystyle {\mathcal{L}_{\text{m}=-m_{\text{u}^{}{\overline {u}_{\text}{\text}}}{\text}}}{\direct}L}}^{i}u_{\text{R}}^{i}-m_{\text{d}^{i}{\overline{d}_{\text}{\text}}L}^{i}d_{\text{R}^{i}-m_{\text{e}^{i}{\overline{e}_{\text{{\text}}{\text}{\coverline{e}}}}}{L}}^{i}e_{\text{R}^{i}+{\textrm {h.c.},}$

where the masses of the fermions are ${\displaystyle m_{\text{u,d,e}}^{i}={\tfrac {1}{\sqrt {2\ }}}\lambda _{\text{u,d,e}}^{i}v}$, and ${\displaystyle \lambda _{\text{u,d,e}}^{i}}$ denote the eigenvalues of the Yukawa matrices.^[216]

참고 항목

표준 모델

기타

메모들

참조

추가 읽기

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 힉스 보손과 관련된 미디어가 있다.

무료 사전인 Wiktionary에서 힉스 보슨을 찾아 보십시오.

Wikiquote는 다음과 관련된 인용구를 가지고 있다: 힉스 보손

대중 과학, 대중 매체 및 일반 보도 자료

• CERN에서 힉스 보손 관측
• C.M.S. 실험, CERN에서 힉스 보슨 사냥
• CERN 탐사선의 힉스 보슨.
• 입자열, 힉스 보손 수색에 관한 다큐멘터리 영화.
• 더 아톰 스마셔스, 페르밀라브에서 힉스 보슨을 찾는 것에 관한 다큐멘터리 영화.
• 가디언에서 수집된 물품
• 비디오 (04:38) – 2012년 7월 4일 CERN 발표, 힉스 보슨이 될 것으로 의심되는 입자 발견
• Video1 (07:44) + Video2 (07:44) – CERN 물리학자 Dr. Daniel Whitson(2011년 6월 16일)이 설명한 힉스 보슨.
• HowStuffWorks: 힉스 보손은 정확히 무엇인가?
• Carroll, Sean. "Higgs Boson with Sean Carroll". Sixty Symbols. University of Nottingham.
• Overbye, Dennis (5 March 2013). "Chasing the Higgs Boson: How 2 teams of rivals at CERN searched for physics' most elusive particle". New York Times Science pages. Retrieved 22 July 2013. – 뉴욕 타임즈 "장면 뒤" 스타일의 기사, 힉스의 ATLAS 및 CMS 검색
• PRL 논문 등의 저자에 의한 힉스 이론의 이야기는 다음과 같이 밀접한 관련이 있다.
  • Higgs, 피터(2010년)."내 생명이 보송으로"(PDF).킹스 대학, 런던, 242010년 11월에 주어진 얘기를 해 보세요.42013년 11월에 있는 원본(PDF)에서 Archived.1월 17일 2013을.(또한:Retrieved.Higgs, 피터(242010년 11월)."제 생명이 보송 으로써:.그 이야기"힉스"".국제 저널 근대 물리학의 17:86–88.Bibcode:2002년IJMPA..17S..86H. doi:10.1142/S0217751X02013046.)
  • Kibble, Tom (2009). "Englert–Brout–Higgs–Guralnik–Hagen–Kibble mechanism (history)". Scholarpedia. Retrieved 17 January 2013. (또한: )
  • Guralnik, 제럴드(2009년)."이론에 의한 자발적 대칭 브레이킹과 게이지 입자의 Guralnik, 하겐과 Kibble 개발의 역사".국제 저널 근대 물리학의 A24(14):2601–2627. arXiv:0907.3466.Bibcode:2009년IJMPA..24.2601G. doi:10.1142/S0217751X09045431.S2CID 16298371., Guralnik, 제럴드(2011년)."Beginnings 자발적 대칭의 브레이킹 입자 물리에.그 DPF-2011 회의, 프로비던스, R1, 8–13 8월 2011"의 회보. arXiv:1110.2253v1[physics.hist-ph]. Guralnik, 제럴드(2013년). "입자 물리학의 표준 모델을 위한 초석을 제공한 이단적 아이디어" SPG Mitteilungen 2013년 3월, 39번, (14페이지), 1964년 PRL 논문에 대한 Brown University의 Talk
  • Philip Anderson (PRL 저자는 아님) 초전도성의 대칭성 파괴와 입자물리학 및 PRL 논문으로의 전환에 관한 연구
• 검색에 대한 만화
• Cham, Jorge (19 February 2014). "True Tales from the Road: The Higgs Boson Re-Explained". Piled Higher and Deeper. Retrieved 25 February 2014.
• 힉스 보슨, BBC 라디오 4와 짐 알칼리, 데이비드 워크 & 로저 캐시모어와의 토론 (In Our Time, 2004년 11월 18일)

중요 서류 및 기타

• "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC". Physics Letters B. 716 (2012): 1–29. 2012. arXiv:1207.7214. Bibcode:2012PhLB..716....1A. doi:10.1016/j.physletb.2012.08.020. S2CID 119169617.
• "Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC". Physics Letters B. 716 (2012): 30–61. 2012. arXiv:1207.7235. Bibcode:2012PhLB..716...30C. doi:10.1016/j.physletb.2012.08.021.
• 입자 데이터 그룹: 힉스 보슨에 대한 검색 검토.
• 2001, 예비역: 미시간 이론물리센터 창립총회의 진행: 미시간, 2001년 5월 21–25, (pp. 86–88), ed. 마이클 더프, 제임스 T 류, ISBN 978-981-238-231-3, 힉스 보손에 대한 힉스의 이야기를 담고 있다.
• Migdal, A. A.; Polyakov, A. M. (1966). "Spontaneous Breakdown of Strong Interaction Symmetry and the Absence of Massless Particles" (PDF). Soviet Physics JETP. 24 (1): 91. Bibcode:1967JETP...24...91M. S2CID 34510322. Archived from the original (PDF) on 21 September 2018. – 이 주제에 관한 1966년 러시아 논문의 예.

현장소개

• Electroweak Symmetry Breaking – Robert D에 의해 많은 주요 관계의 단계적 파생에 의해 전기와악 대칭이 단계적으로 깨지는 교육학적 도입. 클라우버, 2018년 1월 15일 (웨이백 머신에서 보관)
• 자발적 대칭파단, 게이지 이론, 힉스 메커니즘 및 모든 것 (Vernstein, 현대 물리학의 리뷰 1974년 1월) – 약 1950년부터 1974년까지 힉스 이론의 발전, 역사 및 수학을 다룬 47페이지의 소개.