Почему бозон Хиггса — «поп-звезда» элементарных частиц? Отвечает физик

Бозон Хиггса — поп-звезда среди элементарных частиц, хотя бы потому, что это название знакомо даже людям, далёким от физики. Таким громким было его открытие!

Интересно, что физик Питер Хиггс, давший имя бозону, предложил механизм, объясняющий происхождение массы элементарных частиц , ещё в 60-е годы прошлого века. В своём исследовании физик предсказал существование новой частицы — хиггсовского бозона. Но получить её смогли только 50 лет спустя! Питер Хиггс был убеждён, что при жизни так и не дождётся экспериментального подтверждения своей теории. Однако он ошибался. 86-летний физик не только дожил до открытия Бозона, но и успел получить за него Нобелевскую премию — вместе с другим учёным Франсуа Энглером. Оба физика награждены за теоретическое обоснование существования бозона Хиггса.

Читайте также: Заслуженный бозон. Нобелевским лауреатом по физике стал Питер Хиггс

Что же такое бозон Хиггса и в чём его особенности? Отвечает физик Дмитрий Побединский, автор видеоблога «Физика от Побединского»:

Бозон Хиггса — самая ожидаемая элементарная частица XXI века! Все физики планеты вздохнули с облегчением, когда узнали, что она существует. Но зачем она нужна? Что она из себя представляет и откуда берётся? Ведь ликование физиков не знает границ, однако с первого взгляда невозможно понять, почему это так важно.

Что такое поле Хиггса?

По современным представлениям, все окружающие нас тела состоят из 12 элементарных частиц. Все эти частицы могут каким-то образом взаимодействовать друг с другом (то есть притягиватся, отталкиваться). И есть 4 типа взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Взаимодействие частиц происходит с помощью обмена особыми виртуальными частицами — переносчиками взаимодействий. Например, два электрона отталкиваются друг от друга, так как непрерывно обмениваются, как бы перебрасываются, фотонами. Два протона притягиваются в ядре, так как обмениваются виртуальными глюонами, и так далее.

Согласно уравнениям физики элементарных частиц, у переносчиков взаимодействий не должно быть массы. Однако во многих экспериментах она была обнаружена. И чтобы разрешить это противоречие, было введено так называемое поле Хиггса.

В принципе, физики давно уже считают, что вакуум — на самом деле не вакуум! Он заполнен микроскопическими колебаниями всех видов физических полей, виртуальными парами частиц-античастиц и так далее. Так что мысль о том, что мы погружены в некое поле Хиггса, не вызывает особого удивления.

Теперь к сути. Можно условно считать, что все переносчики взаимодействий — безмассовые. Однако некоторые из них взаимодействуют с полем Хиггса, которое заполняет всё пространство. Таким образом они словно тормозятся, становятся инертными. Именно это и означает, что у них появляется масса.

Можно провести аналогию с пенопластовыми шариками. Если их рассыпать на ровную поверхность, то от малейшего дуновения они будут разлетаться в стороны. Но если их бросить на поверхность воды, то они уже не будут перемещаться так легко. Вода, словно поле Хиггса, сообщает частицам некую инертность, словно дополнительную массу, отчего их сложнее передвигать.

Так и появляется масса у всех элементарных частиц. Этот механизм был описан на бумаге ещё в 1964 году, но никаких экспериментальных доказательств этому не было. Это крайне важная работа, так как объясняет одно из самых фундаментальных свойств материи — массу. От того, верна эта теория или нет, зависело дальнейшее развитие физики. Именно поэтому учёные так много усилий вкладывали в поиски бозона Хиггса.

Поиски бозона

Ведь каждое поле можно ассоциировать с определённой частицей, квантом этого поля. Как, например, электромагнитное поле с фотоном. Бозон Хиггса — это квант поля Хиггса. Доказательство его существования позволило с уверенностью сказать, что теория Хиггса верна.

Бозон оказался достаточно тяжёлым — в 130 раз тяжелее протона. Мы знаем, что энергия эквивалентна массе (согласно формуле E=mc²). Поэтому потребовались огромные ускорители, чтобы всё-таки его обнаружить.

Пока рано говорить, к чему может привести это открытие. Предстоит ещё много лет кропотливого труда по изучению свойств этой частицы и поля Хиггса. Однако не стоит забывать, что многие открытия в физике, например обнаружение электромагнитных волн или создание общей теории относительности, поначалу не вызывали особого практического интереса. Сейчас это используется повсюду и ни у кого не возникает сомнений, что это величайшие достижения науки. Вполне возможно, что такая же участь ждёт и бозон Хиггса.