Физике элементарных частиц обычно трудно конкурировать с политикой и сплетнями о знаменитостях за заголовки, но бозон Хиггса привлек серьезное внимание. Именно это и произошло 4 июля 2012 года, когда ученые из ЦЕРНа объявили, что нашли частицу, которая ведет себя так, как они ожидают от бозона Хиггса. Возможно, громкое и противоречивое прозвище знаменитого бозона «Частица Бога» не дает покоя средствам массовой информации. С другой стороны, интригующая возможность того, что бозон Хиггса отвечает за всю массу во Вселенной, также захватывает воображение. Или, возможно, мы просто рады узнать больше о нашем мире, и мы знаем, что если бозон Хиггса действительно существует, мы еще немного разгадаем тайну.
Чтобы по-настоящему понять, что такое бозон Хиггса, нам нужно изучить одну из самых известных теорий, описывающих устройство космоса:стандартная модельМодель приходит к нам черезфизику элементарных частиц, область, заполненную физиками, стремящимися свести нашу сложную вселенную к ее самым основным строительным блокам. Это задача, которую мы решали веками, и мы добились большого прогресса. Сначала мы открыли атомы, затем протоны, нейтроны и электроны и, наконец, кварки и лептоны (подробнее об этом позже). Но вселенная состоит не только из материи; он также содержит силы, действующие на эту материю. Стандартная модель дала нам больше информации о типах материи и сил, чем любая другая теория, которой мы располагаем.
Вот суть стандартной модели, которая была разработана в начале 1970-х: Вся наша Вселенная состоит из 12 различных частиц материи и четырех взаимодействий. Среди этих 12 частиц вы встретите шесть кварков и шесть лептонов. Кваркисоставляют протоны и нейтроны, а члены семействалептонвключают электрон и электроннейтрино, его нейтрально заряженный аналог. Ученые думают, что лептоны и кварки неделимы; что вы не можете разбить их на более мелкие частицы. Наряду со всеми этими частицами стандартная модель также признает четыре взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.
Согласно теории, стандартная модель оказалась очень эффективной, если не считать ее несоответствия гравитации. Вооружившись ею, физики предсказали существование определенных частиц за годы до того, как они были проверены эмпирически. К сожалению, в модели все еще недостает еще одного элемента - бозона Хиггса. Что это такое и почему это необходимо для того, чтобы вселенная, описываемая стандартной моделью, работала? Давайте узнаем.
Бозон Хиггса: последняя часть головоломки
Как оказалось, ученые считают, что каждая из этих четырех фундаментальных сил имеет соответствующую частицу-носитель, илибозон, который действует на материю. Это сложная концепция для понимания. Мы склонны думать о силах как о таинственных, эфирных вещах, которые находятся на грани между существованием и небытием, но на самом деле они так же реальны, как и сама материя.
Некоторые физики описывают бозоны как веса, прикрепленные таинственными резиновыми лентами к частицам материи, которые их генерируют. Используя эту аналогию, мы можем думать о частицах, которые постоянно мгновенно исчезают, но в равной степени способны запутаться в других резиновых лентах, прикрепленных к другим бозонам (и сообщать силу в процессе).
Ученые считают, что у каждого из четырех фундаментальных есть свои особые бозоны. Электромагнитные поля, например, зависят от того, как фотон передает электромагнитную силу материи. Физики считают, что бозон Хиггса может иметь аналогичную функцию, но сам переносить массу.
Не может ли материя просто по своей природе иметь массу без того, чтобы бозон Хиггса все путал? Не по стандартной модели. Но физики нашли решение. Что, если все частицы не имеют собственной массы, а вместо этого приобретают массу, проходя через поле? Это поле, известное какполе Хиггса, может по-разному воздействовать на разные частицы. Фотоны могли проскользнуть незатронутыми, в то время как бозоны W и Z увязли бы в массе. На самом деле, если предположить, что бозон Хиггса существует, все, что имеет массу, получает ее, взаимодействуя со всемогущим полем Хиггса, которое занимает всю вселенную. Подобно другим полям, охватываемым стандартной моделью, бозону Хиггса потребуется частица-носитель, чтобы воздействовать на другие частицы, и эта частица известна как бозон Хиггса..
4 июля 2012 года ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), объявили об открытии частицы, которая ведет себя так, как должен вести себя бозон Хиггса. Результаты, хотя и опубликованы с высокой степенью достоверности, все же носят предварительный характер. Некоторые исследователи называют частицу «подобной Хиггсу» до тех пор, пока результаты и данные не выдержат более тщательного изучения. В любом случае, это открытие может стать началом периода быстрых открытий в отношении нашей Вселенной.