| | 23 фeврaля 2015 | Нoвoсти нaуки и тexники
Исслeдoвaтeли oбнaружили aнaлoг бoзoнa Xиггсa, сущeствующий в свeрxпрoвoдникax
Всe, кто интересуется достижениями в области науки и техники, наверняка помнят открытие бозона Хиггса, называемого «частицей Бога», ответственной за наличие массы у всех других элементарных частиц. Это открытие было произведено в 2012 году учеными-физиками Европейской организации ядерных исследований CERN при помощи самого мощного на сегодняшний день ускорителя частиц — Большого Адронного Коллайдера. Однако, мало кому известно, что Питер Хиггс, один из двух ученых, получивший в 2013 году Нобелевскую премию в области физики, получил некоторые подсказки по поводу существования бозона Хиггса во время экспериментов над сверхпроводниками. Сверхпроводники — это класс специальных материалов, преимущественно металлов, которые при охлаждении до сверхнизких температур теряют свое электрическое сопротивление и пропускают электрический ток практически без потерь.
А недавно, группа израильских и немецких ученых-физиков «замкнула круг» вокруг бозона Хиггса, объявив о первых наблюдениях за его аналогом, существующим в сверхпроводящем материале. И, в отличие от экспериментов на коллайдере, только одно сооружение которого обошлось в 4.75 миллиарда долларов, аналог бозона Хиггса в сверхпроводниках наблюдался в обычных лабораторных условиях, что подразумевает низкую стоимость проведения этих экспериментов.
Открытие бозона Хиггса в 2012 году позволило ученым еще раз убедиться в достоверности нынешней Стандартной модели физики элементарных частиц, которая определяет то, что все частицы обретают массу, проходя через поле Хиггса, которое ограничивает скорость их перемещения в вакууме. «Эксперименты CERN доказали возможность существования бозона Хиггса в высокоэнергетической среде внутренностей ускорителя. В отличие от этого, мы показали аналог бозона Хиггса, существующий в более «спокойных» условиях, в сверхпроводниковых материалах» — рассказывает Авиэд Фридмен (Aviad Frydman), профессор из Университета имени Бар-Илана, Израиль, который проводил исследования совместно с профессором Мартином Дресселем (Martin Dressel) из Штутгартского университета и других исследователей из Израиля, Индии и США.
Профессор Фридмен объясняет, что новое открытие переносит поиски бозона Хиггса и его разновидностей назад, к их изначальному первоисточнику. «Как ни странно, но дискуссия о «недостающем звене» Стандартной Модели физики элементарных частиц была спровоцирована некоторыми выкладками из теории сверхпроводников. А аналоги бозона Хиггса в сверхпроводниках не удавалось наблюдать из-за несовершенства оборудования и из-за других технических ограничений, трудностей, которые мы сумели успешно преодолеть».
«Высокая энергия, требующаяся для возникновения аналога бозона Хиггса в сверхпроводниках, имеет тенденцию разрывать куперовские электронные пары, являющиеся основным видом носителей электрического заряда, на отдельные электроны. Свободные электроны комбинируются с электронными дырами и это подавляет эффект сверхпроводимости в материале» — рассказывает Фридмен, — «Нам удалось решить эту проблему при помощи хаотически расположенных сверхтонких пленок нитрита ниобия (NbN) и окиси индия (InO). Это в свою очередь, позволило сместить критическую точку сверхпроводника в область, в определенное энергетическое состояние, в котором аналог бозона Хиггса не подвержен быстрому распаду».
Наблюдения за механизмом возникновения поля Хиггса в сверхпроводниках является демонстрацией того, как один и тот же физический процесс может кардинально меняться в различных условиях энергетической насыщенности окружающей среды. «Возникновение полей и бозона Хиггса в ускорителях требует огромных значений энергии, которая измеряется сотнями и тысячами гигаэлектрон-вольт (ГэВ)» — рассказывает Фридмен, — «Подобное явление в сверхпроводниках происходит на совершенно ином энергетическом уровне, соответствующем тысячной части от всего одного электрон-вольта. И все это является крайне удивительным, демонстрируя то, что одна и та же фундаментальная физика одинаково работает в совершенно не сопоставимых энергетических условиях».
Ученым пока еще неизвестно, к каким последствиям приведет сделанное ими открытие. Но самым главным последствием, имеющим огромное значение, является демонстрация того, что тайны фундаментальной физики могут быть разгаданы не только в недрах многомиллиардных ускорителей и других научных комплексов, но и на обычном лабораторном столе при помощи достаточно недорогих методов.
