Большой адронный коллайдер (БАК) — крупнейший в мире коллайдер частиц с самой высокой энергией. Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) в период с 1998 по 2008 год в сотрудничестве с более чем 10 000 ученых и сотнями университетов и лабораторий, а также более чем из 100 стран. Он расположен в туннеле диаметром 27 километров (17 миль) и глубиной 175 метров (574 фута) под границей Франции со Швейцарией недалеко от Женевы.

Первые столкновения были достигнуты в 2010 году при энергии 3,5 тераэлектронвольт (ТэВ) на пучок, что примерно в четыре раза превышает предыдущий мировой рекорд. После модернизации она достигла 6,5 ТэВ на пучок (полная энергия столкновения 13 ТэВ, настоящий мировой рекорд). В конце 2018 года он был остановлен на три года для дальнейшей модернизации.

Коллайдер имеет четыре точки пересечения, где сталкиваются ускоренные частицы. Семь детекторов, каждый из которых предназначен для обнаружения различных явлений, расположены вокруг точек пересечения. LHC в основном сталкивается с пучками протонов, но он также может ускорять пучки тяжелых ионов: столкновения свинца и протонов-свинца обычно происходят в течение одного месяца в году.

Цель LHC — позволить физикам проверить предсказания различных теорий физики элементарных частиц, включая измерение свойств бозона Хиггса в поисках большого семейства новых частиц, предсказанных суперсимметричными теориями, и другие нерешенные вопросы в физике элементарных частиц.

Бозон Хиггса, иногда называемый частицей Хиггса, представляет собой элементарную частицу в Стандартной модели физики элементарных частиц, возникающую в результате квантового возбуждения поля Хиггса, одного из полей в теории физики элементарных частиц. В Стандартной модели частица Хиггса представляет собой массивный скалярный бозон с нулевым спином, четной (положительной) четностью, без электрического заряда и цветового заряда, который взаимодействует с массой. Он также очень нестабилен и почти сразу распадается на другие частицы.

Поле Хиггса представляет собой скалярное поле с двумя нейтральными и двумя электрически заряженными компонентами, образующими сложный дублет слабой изоспиновой SU(2)-симметрии. Его потенциал в форме «мексиканской шляпы» имеет ненулевое значение везде (включая в противном случае пустое пространство), что нарушает слабую изоспиновую симметрию электрослабого взаимодействия и через механизм Хиггса придает некоторым частицам массу.

И поле, и бозон названы в честь физика Питера Хиггса, который в 1964 году вместе с пятью другими учеными из трех групп предложил механизм Хиггса, способ, которым некоторые частицы могут приобретать массу. (Все известные в то время фундаментальные частицы должны были быть безмассовыми при очень высоких энергиях, но полное объяснение того, как некоторые частицы приобретают массу при более низких энергиях, было чрезвычайно сложно.) Если бы эти идеи были верны, частица, известная как скалярный бозон, также должна была бы существовать. , с определенными свойствами. Эта частица была названа бозоном Хиггса, и ее можно было использовать для проверки того, является ли поле Хиггса правильным объяснением.

После 40 лет поисков субатомная частица с ожидаемыми свойствами была обнаружена в 2012 году в ходе экспериментов ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРН недалеко от Женевы, Швейцария. Впоследствии было подтверждено, что новая частица соответствует ожидаемым свойствам бозона Хиггса. Физики из двух из трех команд, Питер Хиггс и Франсуа Энглер, были удостоены Нобелевской премии по физике в 2013 году за свои теоретические предсказания. Хотя имя Хиггса стало ассоциироваться с этой теорией, несколько исследователей примерно между 1960 и 1972 годами независимо разработали различные ее части.

В основных средствах массовой информации бозон Хиггса часто называют «частицей Бога» из книги лауреата Нобелевской премии Леона Ледермана «Частица Бога» 1993 года, хотя это прозвище

не одобряется многими физиками.