Ученые, работающие на
Большом адронном коллайдере (БАК), заявили об обнаружении частицы,
соответствующей параметрам бозона Хиггса. Это может стать одним из
величайших научных открытий XXI века.
В чем же важность этого элемента, на поиски которого физики потратили больше 40 лет?
Что такое бозон Хиггса?
Долгие годы эта частица
существовала только в умах физиков-теоретиков. Существует устоявшаяся
гипотеза о том, как устроена большая часть Вселенной: известны все
частицы, формирующие атомы, молекулы и материю, которая нас окружает;
также изучены силы, приводящие все это в движение. Эта гипотеза получила
название "Стандартная модель".
Тем
не менее, в этой теоретической конструкции существует пробел: в ней не
объясняется, каким образом все эти частицы обретают массу. В 1964 году
группа из шести ученых, в которую входил физик из Эдинбурга Питер Хиггс,
предложила свое объяснение этого процесса, получившее название
"механизм Хиггса".
Кое-что о массе
По сути,
масса показывает, сколько вещества содержит любой объект - частица,
молекула или, скажем, собака. При отсутствии массы все элементарные
частицы, формирующие атомы, двигались бы со световой скоростью и не были
бы способны сформировать материю во Вселенной, как мы ее представляем.
В
соответствии с механизмом Хиггса, Вселенную пронизывает некое поле -
поле Хиггса - которое и позволяет частицам обрести массу.
Предполагается, что взаимодействие с появляющимися в этом поле бозонами
Хиггса и наделяет двигающиеся элементы массой. Этот процесс можно
сравнить со снежным полем, по которому не получается быстро идти,
поскольку снег налипает на ботинки и мешает идти.
Как искали бозон Хиггса?
Стандартная
модель не говорит о том, какой массой обладает сам бозон Хиггса. При
помощи ускорителей частиц, таких как Большой адронный коллайдер, ученые
ищут эту частицу среди различных элементов, в которых она может
находиться. Происходит это путем наблюдения за столкновениями субатомных
частиц - протонов - на скоростях, приближающихся к скорости света. Эти
столкновения порождают множество более мелких частиц, которые могут быть
выделены только таким путем.
Сам бозон Хиггса в чистом виде,
возможно, никогда нельзя будет наблюдать, однако ученые не оставляли
попыток отыскать его мимолетные проявления в потоке частиц после
столкновений в коллайдере. Если он ведет себя так, как предполагают
физики, он должен распадаться на более мелкие составляющие, формирующие
шлейф, доказывающий его существование.
Большой адронный коллайдер -
не первое сооружение, которое используют для охоты за бозоном. Там же, в
Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), с 1989 по 2000 годы
работал другой ускоритель - Большой электрон-позитронный коллайдер.
В
США для этих же целей использовался кольцевой ускоритель Тэватрон, но
его работа была прекращена в 2011 году. 2 июня 2012 года работавшие на
нем ученые опубликовали доклад, выводы которого схожи с открытиями
специалистов, проводившими эксперименты на БАК.
Когда мы узнаем, что бозон Хиггса найден?
Ученые,
изучающие элементарные частицы, в большинстве своем довольно
консервативны, когда речь заходит о том, чтобы на весь мир заявить о
важном открытии.
Если подбросить монету десять раз и восемь раз
выпадет "орел", можно сделать вывод, что она каким-то образом заряжена.
Но для того чтобы заявить об этом с уверенностью, требующейся в физике
для признания открытия, эту монету нужно подбросить сотни раз.
Первым
препятствием является выяснение точной массы частицы: судя по всему,
ответ на этот вопрос уже близок. Дальше надо ответить на следующие
вопросы: ведет ли себя бозон Хиггса так, как описывается в теории; каким
образом он взаимодействует с другими элементами и как распадается на
более мелкие частицы.
Фактически это авангард мировой науки, и,
возможно, подтверждение всех положений Стандартной модели - вопрос не
самого ближайшего будущего.
Что дальше?
Многие
физики говорят, что окончательное подтверждение положений теории Хиггса
стало бы для них разочарованием. Конечно, масштабные проекты, подобные
БАК, реализовывались для получения новых знаний, и доказательство
существования частицы в том виде, как это описывалось в гипотезе, стало
бы триумфом понимания физических процессов, однако в то же время это не
так захватывающе, как опровержение теории.
Если бы бозон Хиггса не был найден, то это стало бы большим сюрпризом, и это могло бы привести к революции в науке.
Тем
не менее, даже если бозон Хиггса занимает то место в Стандартной
модели, о котором говорит теория, остается много важных вопросов. Эта
теория описывает привычную нам материю, но есть основания полагать, что
материя занимает в изучаемой Вселенной лишь 4%. Может статься, что
объяснить природу других ее составляющих - темной материи и темной
энергии - станет сложнее.
Это как в случае с кубиком Рубика:
собираешь одну его сторону - и вдруг понимаешь, что остальные пять
сторон находятся в полном беспорядке.
